研究背景

在醫(yī)療診斷、安檢成像等X射線檢測領(lǐng)域，高性能閃爍體材料是重要元件。傳統(tǒng)無機晶體雖性能優(yōu)異，但存在成本高、加工難等問題。近期，巴西圣卡洛斯物理研究所聯(lián)合多國團隊，在《Fluorophosphate glasses doped with Eu3?和Dy3?》研究中取得突破，開發(fā)出新型氟磷酸鹽玻璃閃爍體，兼具高密度、長發(fā)光壽命與優(yōu)異X射線響應(yīng)特性，為低成本、可定制化輻射探測開辟新方向。

重要發(fā)現(xiàn)

Part.1 材料設(shè)計創(chuàng)新

團隊采用熔融淬火技術(shù)，成功制備了35NaPO?-30Ba(PO?)?-25MgF?-YF?基玻璃體系，通過摻雜Eu3?（0.1-4.0 mol%）和Dy3?（0.25-1.0 mol%）實現(xiàn)高效發(fā)光。氟磷酸鹽基質(zhì)結(jié)合了磷酸鹽的高稀土溶解性與氟化物的低聲子能量，明顯提升發(fā)光效率。

Part.2 性能優(yōu)勢突出

1）高密度（3.65-3.66 g/cm3）：超越商用鋰硼酸鹽玻璃（~2.50 g/cm3），媲美NaI:Tl晶體（3.67 g/cm3），增強X射線吸收效率。

2）超長發(fā)光壽命：Eu3?的?D?態(tài)壽命達2.5 ms，Dy3?的?F?/?態(tài)壽命0.71 ms，優(yōu)于同類材料。

3）零濃度猝滅：Eu3?摻雜至4.0 mol%仍保持線性發(fā)光增強（圖1），Dy3?在1.0 mol%內(nèi)穩(wěn)定性優(yōu)異。

圖1. 不同激發(fā)功率下Eu3?摻雜玻璃的發(fā)射光譜

Part.3 X射線響應(yīng)驗證

通過lexsyg research光譜儀（配備鎢靶X射線管與Newton CCD）的輻射發(fā)光（RL）測試，證實：

Eu3?玻璃：在611 nm（?D?→?F?）處呈現(xiàn)強RL峰，強度隨摻雜濃度線性增長（圖2），且有效控制380 nm基質(zhì)缺陷發(fā)光（缺陷峰降低30%）。

圖2. Eu3?摻雜玻璃的X射線輻射發(fā)光（RL）光譜

Dy3?玻璃：雙峰發(fā)射（572 nm和478 nm）適配多種光電探測器，1.0 mol%樣品RL強度較0.25 mol%提升13%（圖3）。

圖3. Dy3?摻雜玻璃的X射線輻射發(fā)光（RL）光譜

技術(shù)亮點

本研究關(guān)鍵數(shù)據(jù)依托l(wèi)exsyg高靈敏度RL測試系統(tǒng)：
1）精確激發(fā)：40 kV/1 mA連續(xù)X射線源，模擬真實探測場景。
2）高信噪比檢測：-80℃冷卻CCD配合光纖光譜儀，捕獲微弱發(fā)光信號。
3）動態(tài)響應(yīng)分析：實時監(jiān)測發(fā)光強度與功率線性關(guān)系，驗證材料穩(wěn)定性。

應(yīng)用前景

該玻璃體系已展現(xiàn)作為柔性X射線傳感器、可穿戴輻射劑量計的潛力。團隊下一步將優(yōu)化稀土配比，并探索與光纖耦合的集成器件開發(fā)。