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目前苛刻的单晶生长技术已成为新型无机闪烁材料探索和应用的一个瓶颈,本论文采用陶瓷制备技术手段,以Ln2Hf2O7(Ln=La, Gd)、MHfO3(M=Ba,Sr,Ca)和Gd2O3为基质材料,探索新型多晶透明陶瓷闪烁体,以期望能克服晶体生长技术所遇到的困难。
本论文通过湿化学法制备了上述材料的纳米粉体,对其烧结性能和发光性能进行了系统研究,在制备透明陶瓷的基础上探索新的陶瓷闪烁体,主要包括以下几方面工作:
(一)采用燃烧法快速合成了高烧结活性Ln2Hf2O7(Ln=La,Gd)纳米粉体,在氢气气氛下无压烧结首次制备出了Ln2Hf2O7(Ln=La, Gd)透明多晶陶瓷,并研究了工艺条件对陶瓷显微结构和光学透明性的影响。
通过对各种激活离子在Ln2Hf2O7(Ln=La. Gd)透明陶瓷基体中发光特性的研究发现了一系列具有闪烁性能的透明陶瓷。其中La2Hf2O7:Ti透明陶瓷作为一种新型的陶瓷闪烁体具有良好的应用前景。
(二)采用溶胶-凝胶燃烧法制备了MHfO3:Ce(M=Ba,Sr,Ca)纳米粉体,并通过改变工艺参数达到调控粉体粒径和形貌的目的。克服了难以制备精确化学计量比并具有高烧结性能的MHfO3:Ce(M=Ba,Sr,Ca)纳米粉体的困难。
研究了MHfO3:Ce(M=Ba,Sr,Ca)纳米粉体的发光特性。通过Li+掺杂改变了SrHfO3:Ce纳米粉体的形貌,并大大提高了SrHfO3:Ce的发光效率。对MHfO3:Ce(M=Ba,Sr,Ca)纳米粉体的烧结性能进行了初步的研究。
(三)研究了HfO2共掺杂对Gd2O3:Eu纳米粉体结构和发光特性的影响。提出了晶格畸变和间隙氧为HfO2稳定Gd2O3:Eu的机理;认为间隙氧导致Eu3+离子局域环境对称性的提高以及间隙氧对激发能量和基体吸收能量的竞争吸收是HfO2-Gd2O3:Eu发光效率大大降低的原因。
研究了HfO2掺杂对Gd2O3烧结性能的影响,采用常压工艺制备稳定Gd2O3透明陶瓷。HfO2掺杂在烧结过程中不仅起到在高温下稳定Gd2O3立方相的作用,还起到抑制晶粒长大,促进烧结致密化的作用。HfO2(10mol%)-Gdo1.5透明陶瓷组份无明显偏析,具有超晶格结构;HfO2(25mol%)-GdO1.5透明陶瓷组份发生了明显的偏析,陶瓷由Gd0.87Hf0.13O1.565和Gd0.66Hf0.34O1.7两组成构成。
通过对退火前后HfO2-Gd2O3:Eu透明陶瓷样品的吸收光谱的比较研究,确定了间隙氧吸收的存在。
研究了稀土离子掺杂HfO2稳定Gd2O3透明陶瓷的光谱特性,讨论了这种透明陶瓷在激光介质领域的应用前景。