稀土离子掺杂镥铝石榴石的荧光粉及性能研究(2)
伤） 、空间物理、安全稽查、地质勘探等领域。数量最多、应用最广的当推无机闪烁体。
传统的无机闪烁晶体和激光晶体都是采用熔融法生长单晶这一途径， 但是采用提拉法
生长含各种掺杂组分的单晶材料不仅工艺难实现, 而且代价相当高， 另外在探索新型无机
发光材料的过程中还出现了不少无法通过熔融法制成单晶的实例。自从R.L. Coble 制造
出第一块半透明 Al2O3陶瓷“Lucalox” ，打破了陶瓷是不透明的禁锢以来，先进陶瓷制备
技术的发展使得透明多晶陶瓷取代单晶变成了可能，透明陶瓷经过几十年的发展，制备方
法和工艺手段有了很大进步，材料性能和应用领域不断提高和扩展。透明陶瓷兼有陶瓷固
有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等特性，又具有玻璃的光学性能，因此作为光学功
能材料在光电子和信息探测技术中具有广泛的应用前景，尤以在闪烁探测（典型代表为
GE 公司开发的(Y,Gd)2O3:Eu,Pr（Hilight）和 Sim 公司开发的 Gd2O2S:Pr,Ce,F(Ultrafast)）和固
体激光（以 Nd3+
:Y3Al5O12为代表）领域的应用最为广泛，另外透明陶瓷还被广泛应用于光
学窗口材料（代表材料 Y2O3、Al2O3、 Y3Al5O12, MgAl2O4） 、电光(PLZT)、照相机镜头（这项
突破可以使得照相机变焦镜头，尺寸大大缩小）以及军事上（面罩、挡风玻璃、窗口） 等
方面。
众所周知，Eu3+
和 Tb3+
掺杂 Y2O3是两种高效的红色和绿色荧光粉，被广泛应用于灯用荧光
粉、阴极射线管（CRT） 、场发射显示器（FED） 、等离子平板显示（PDP）等领域。钇基化
合物，如 Y2O3，Y3Al5O12作为发光材料基质已经被大量研究。Lu2O3和 Y2O3同为立方晶体
结构，然而 Lu2O3 较之 Y2O3的最大优势在于它具有极高的密度(9.42g/cm3
)，前人研究表
明，含镥的氧化物和氟化物晶体比含钇的有更强的光发射，Lu比 Y 更适合镧系掺杂发光，
可见 Lu2O3是一种极有前途的发光材料基质。鉴于生长单晶工艺困难代价高，考虑 Lu2O3
具有立方晶型结构， 可通过纳米晶粉体制备技术和还原气氛无压烧结技术将粉体制成透明
陶瓷。Lu2O3基透明陶瓷主要应用前景是在静态数字成像和固体激光领域。Ce3+
离子允许
的 5d→4f 跃迁使其具有纳秒级的快发光衰减，可以满足医用成像设备对时间分辨率的要
求。因此掺 Ce3+
的镥基闪烁材料也是目前人们研究新型医用闪烁体的一个焦点，然而由于
能级的不匹配，导致 Ce3+
掺杂 Lu2O3材料室温发光完全猝灭。Ce3+
掺杂 Lu3Al5O12 (LuAG)单
晶已经被报道具有优异的闪烁性能，密度也达到了 6.73g/cm3
，立方晶体结构适宜于制备
透明陶瓷。 Ce3+
掺杂 Lu3Al5O12透明陶瓷闪烁体可望在医学成像领域具有较好的潜在应用前
景。
综合以上背景分析， 本论文选择Lu3Al5O12作为材料体系采用溶胶凝胶燃烧法制备Ce3+
掺杂的纳米晶粉体。 通过对其组成－结构－性能之间关系的综合考察， 探索 Ce3+
掺杂 LuAG
快闪烁粉体的制备和光谱特性。
1 绪 论
1.1 无机闪烁材料概述
闪烁材料是能在高能粒子或电离辐射（如 X-射线、γ-射线）作用下发出脉冲光的高密
度发光材料。理想的闪烁材料（具有高密度，高有效原子序数，高发光效率，短衰减时间，
短余辉，和光探测器有较好的光谱匹配，低价格）原则上是不存在的。不同的应用领域对
闪烁体的要求各异，因此每一种应用模式必须综合考虑多方面因素，选择性能组合最适当