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本工作制备了一系列以ZnO为发光中心的硅酸盐闪烁玻璃,对玻璃样品的光学性能和抗辐射性能进行了表征,通过拉曼光谱和X射线光电子能谱对玻璃结构进行了分析,初步探讨了玻璃组成、结构与性能之间的关系。
实验结果表明,玻璃的紫外吸收主要取决于系统中不同阳离子与氧离子间的化学键特性、BaO/ZnO比值以及F-离子浓度。玻璃的紫外激发发射光谱显示,本实验制备的玻璃样品具有ZnO紫外和可见发光特征,根据玻璃组成的不同,其发射峰分布在360nm~430nm范围之间。SiO2-ZnO-BaF2系统中的ZnO受玻璃基质影响较小,主要表现出ZnO激子发光,发光峰位于紫外区;SiO2-ZnO-BaO系统中的ZnO参与网络形成,主要表现出深能级缺陷复合发光,发光峰在可见区;SiO2-ZnO-BaO-BaF2系统的发光特性则随BaF2含量变化。样品的光衰减动力学曲线显示,玻璃的紫外区发光衰减速度主要由快速部分组成,为激子复合发光的特征;可见区发光衰减速度则含有较慢速部分,表现出深能级缺陷复合发光的特征。不同样品γ-射线辐照前后的透过率变化曲线表明,网络外氧化物对玻璃中色心的形成起主要作用,半径大、价态高的阳离子更容易在系统中形成色心,F-离子的引入则可以提高玻璃的抗辐照性能。
拉曼光谱和X-射线光电子能谱对玻璃结构的分析结果显示,玻璃的性能与结构有着密切的关联,尤其受到ZnO在玻璃结构中所起的不同作用的影响。当系统中的网络外体氧化物足够多时,玻璃的拉曼光谱和XPS谱均显示出Zn-O-Si键的存在,表明ZnO参与了玻璃网络的形成。结构分析与性能测试结果具有良好的一致性。