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哈爾濱工程大學物理與光電工程學院任晶教授團隊在X射線成像領域取得重要進展。研究成果以“Intense radioluminescence from transparent CsGd2F7: Ce3+ nano-glass scintillator”為題發(fā)表在國際知名期刊《Journal of the European Ceramic Society》上。哈爾濱工程大學為該論文第一單位，任晶教授/張建中教授為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您的科學研究或工業(yè)應用帶來一些靈感和啟發(fā)。
應用方向：閃爍體、微晶玻璃、X射線成像
在X射線成像應用中，能夠同時自校準溫度和輻射劑量的閃爍體材料具有重要意義，尤其是在條件多變的環(huán)境中。傳統(tǒng)測量方法往往依賴于單一波段發(fā)射強度的變化，需要額外的校準程序來保證測量精度。而采用熒光強度比（FIR）的傳感器可以有效應對環(huán)境因素導致的光強變化，為非接觸式測量提供了一種可靠方案。
圖1. 納米玻璃閃爍體的納米級表征：（a）樣品與 CsGd?F?晶體的 XRD 圖譜（PDF#27–0112，紅線）；（b）GC-710 的高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像，插圖為 CsGd?F?晶體結構示意圖；（c）GC-710 的暗場透射電鏡（TEM）圖像，以及對應的（d）Si、（e）Gd、（f）F（g）Cs、（h）Ce 元素映射圖，元素濃度通過顏色亮度反映。
任晶教授團隊設計了一種新型的析出CsGd?F?:Ce³?納米晶（NCs）的新型納米玻璃閃爍體，其通過熔融淬火和可控熱處理工藝制備。高分辨率透射電子顯微鏡顯示，平均粒徑 50 nm 的 CsGd?F?:Ce³?納米晶均勻分散于玻璃基質中，被富 SiO?非晶層包裹，結晶度約 5%。
該納米玻璃的放射發(fā)光性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)材料：X 射線激發(fā)發(fā)光（XEL）積分強度達標準 BGO 晶體的 316%，662 keV γ 射線能量分辨率為 17.4%，光產額 827±8 ph/MeV。其輻射硬度優(yōu)異，在 2.112 kGy 累積劑量下 XEL 強度波動＜26%，熱退火后完全恢復；熱穩(wěn)定性良好，300℃下仍保持高效發(fā)光， 500℃高溫測試后性能可恢復。
圖 3. 納米玻璃閃爍體的閃爍特性。（a）樣品與 BGO 的 X 射線激發(fā)發(fā)光（XEL）光譜，虛線顯示積分 XEL 強度隨輻照時間（長達 176 分鐘）的變化；（b）計算得到的 GC-710 與 BGO 在 50 keV X 射線下的衰減效率隨樣品厚度的變化，插圖為 GC-710 的放射發(fā)光（RL）衰減曲線及雙指數擬合（藍色曲線）；（c）GC 在 28–500℃升 - 降溫循環(huán)中的 XEL 光譜，插圖為升 - 降溫過程中 XEL 強度的變化；（d）GC-710 與 BGO 的 137Cs γ 射線脈沖高度譜，插圖為 GC-710 的局部放大圖。
圖 4. 基于納米玻璃閃爍體的 X 射線成像演示（a）X 射線成像系統(tǒng)示意圖；（b）微芯片的 X 射線圖像（劑量率：30 mGy air/s，電壓：60 kV）；（c）調制傳遞函數（MTF）隨空間頻率（lp/mm）的變化曲線，空間分辨率（MTF=0.2 時）為 8.8 lp/mm；（d）標準 X 射線分辨率測試模板的明場圖像（劑量率：30 mGy air/s，電壓：60 kV）。
基于該材料構建的 X 射線成像系統(tǒng)空間分辨率達 8.8 lp/mm，優(yōu)于 CsPbBr?納米玻璃（4.1 lp/mm），接近商用 CsI:Tl 閃爍體（10 lp/mm），成功實現微芯片的清晰成像。研究表明，CsGd?F?:Ce³?納米玻璃閃爍體在高能射線探測、高溫環(huán)境成像等領域具有應用潛力，其性能提升歸因于納米晶的低缺陷結構和 Gd³?-Ce³?間高效能量轉移。
未來可通過優(yōu)化結晶度和摻雜濃度進一步提升性能，為輻射檢測與醫(yī)學成像提供新方案。該研究為開發(fā)高性能閃爍體材料奠定了基礎，有望在X射線探測、成像等領域得到應用。
配置推薦：
文中CsGd?F?:Ce³?玻璃的X射線激發(fā)發(fā)光（XEL）測試，采用的是北京卓立漢光儀器有限公司的閃爍體性能測試系統(tǒng)，配備X射線管。該設備組合可用于研究新型閃爍體材料的發(fā)光特性。
下圖為任晶教授團隊所使用卓立漢光公司的熒光光譜儀及相關設備，主要用于新型光電材料與器件的研究。
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