稀土离子掺杂镥铝石榴石的荧光粉及性能研究(3)
的闪烁体。过去二十年，高能物理量能器、医疗影像、地球物理勘测及无数其它科学与工
业应用对闪烁体的需求大大推进了对闪烁材料的研究， 一系列专门针对闪烁材料研究与开
发的会议不断推出。
镥（Lu）作为自然界最重的稀土元素之一，镥基化合物闪烁体日益引起人们的兴趣，
如 Lu2SiO5:Ce（LSO:Ce） ，LuALO3:Ce（LuAP:Ce） ，Lu2O3:Eu，LuAG:Ce 等，本章对闪烁发光
的基本物理过程、闪烁材料的重要特征，及其在医学成像（尤其是X-CT）领域中的应用，
作了简要概述。
无机闪烁体在辐射探测应用中发挥了重要的作用， 闪烁材料结合光探测器被用来探测
高能光子和粒子。 最近开发出来的Ce3+
掺杂的闪烁体材料集众多优点 （如阻止本领、 速度、
光产额） 于一身， 例如， Ce3+
掺杂的镥基单晶闪烁体 LuAlO3(LuAP） ， Lu3Al5O12 （LuAG） ， Lu2SiO5
（LSO）都属于极有前途的快发光闪烁晶体。在镧系元素离子中 Ce3+
具有 4f电子组态， 它
的发光性质与其它三价稀土离子不同，属于4f-5d电偶极允许跃迁，其荧光寿命非常短。
Ce3+
激活的闪烁体具有快速的响应，结合它们高的光输出和好的能量分辨率，可以应用于
现代化的尖端医疗成像设备，如PET、SPECT或γ相机中。
图1.1 Lu2O3-Al2O3复合氧化物的相图
基于石榴石结构的材料被认为是作为闪烁体应用的极有前途的候选材料， 因为人们已
经很好的掌握了它们作为激光材料基体以及其它应用、光学透明性、易于稀土元素掺杂等
技术。然而 LuAG 单晶几乎全部通过熔体，在 Ir 坩埚中慢速冷却生长得到，成本高、周
期长。幸运的是，现在可以采用先进陶瓷工艺技术来获得高密度、高透明性的 LuAG 多晶
陶瓷来取代单晶。为了达到这一目标，需要首先制备无团聚或极少团聚的超细粉体。LuAG
粉体采用直接混合Al2O3和Lu2O3的固相反应合成法需要高于1600oC的反应温度而且需要
较长的反应时间。而沉淀法作为一种湿化学法可以很方便地合成高烧结活性的陶瓷粉体。
近年来，掺杂 Nd3+
、Yb3+
、Ho3+
等稀土离子作为激活离子的钇铝石榴石(YAG)制备成的
激光晶体，广泛用于工业、军事、医学和科研等方面，例如，材料加工，激光医疗，激光
测距，目标指示器等。此外，YAG 中掺杂 Ce 离子制备成用于白光LED的荧光粉体也是近
年来的一个研究热点。但是随着研究的不断深入和科学发展的需要，人们发现，由于 YAG
密度相对较低、辐射长度较大，而无法满足小型探测器的要求，而用 YAG 粉体制备的白
光 LED 的显色性也不够理想。经过研究发现：镥离子的半径与钇离子相近，为 0.1117nm
(钇为 0.1159nm)，镥铝石榴石(LuAG)的密度(6.73g/cm3
)比钇铝石榴石的密度(4.55g/cm3
)
高很多，而镥铝石榴石的化学式为 Lu3Al5O12，与钇铝石榴石一样属于立方晶系，具有石
榴石型结构， 如图 1.2所示， 但其晶格参数与钇铝石榴石有所差异。 因此， 人们试图用 Lu3+
来代替 Y3+
，希望问题能够得到解决。
图1.2 LuAG 立方结构
同时，LuAG具有熔点高、机械性能好、快衰减、吸收射线能力强，可在长期辐射条
件下保持稳定的光学和物化性能，是一种优良的闪烁基质材料，通过添加少量的稀土离子
作为激活剂，成为一种新型的快速闪烁体。这使得LuAG 在高能粒子探测、原子成像、 近
红外激光和光子电子器件等方面有着比YAG更广阔的应用前景。此外，抗辐照性也是衡