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近日，哈爾濱工程大學任晶教授團隊在近紅外閃爍玻璃領域取得重要進展。研究成果以“Assessment of Rare Earth Ion-doped Near-infrared Glass Scintillator"為題發(fā)表在國際知*期刊《Journal of Materials Chemistry C》上，并被選為熱點論文。哈爾濱工程大學為該論文*一單位，任晶教授/葉佳璇講師為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您的科學研究或工業(yè)應用帶來一些靈感和啟發(fā)。
近紅外（NIR）閃爍玻璃憑借其優(yōu)異的抗輻射損傷性能以及與光纖系統(tǒng)良好的兼容性等獨特優(yōu)勢，在遠距離高劑量輻射探測領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。然而，當前對于其關鍵物性與光學參數(shù)如何影響近紅外閃爍性能的理解仍非常有限，亟待系統(tǒng)研究。
近日，任晶教授團隊從玻璃基質、發(fā)光中心（稀土離子）及其摻雜濃度三個維度出發(fā)，系統(tǒng)探究它們對近紅外閃爍玻璃基本物理、光學及閃爍性能的影響，旨在通過全面研究為未來近紅外閃爍玻璃性能優(yōu)化奠定研究基礎。
圖1. （a）基于近紅外閃爍玻璃與光纖的遠程輻射探測示意圖；（b）部分稀土離子典型發(fā)射光譜及輻照損傷范圍。
圖2. 不同成分摻雜Er3+的玻璃的（a）密度、（b）拉曼光譜和（c）透射光譜，以及（d）摻雜多種稀土離子的碲酸鹽玻璃的透射光譜。
圖3. Er3+摻雜玻璃樣品在980 nm激光二極管激發(fā)下的（a）光致發(fā)光光譜和（c）衰減曲線；不同稀土離子摻雜的碲酸鹽玻璃樣品的（b）光致發(fā)光光譜和（d）衰減曲線。
圖4 (a)摻雜Er3+的玻璃、(b)摻雜不同稀土離子的碲酸鹽玻璃、(c)2 mol% Er3+摻雜碲酸鹽玻璃與ZBLAN玻璃的XEL光譜；(d)不同X射線劑量下Er3+摻雜碲酸鹽玻璃的XEL光譜（下y軸）及相應的積分XEL強度隨劑量變化曲線（上y軸）。
圖5. 在重復X射線輻照下，XEL光譜（下y軸）及對應積分XEL強度（上y軸）隨劑量在（a）300-750 nm和（b）1450-1650 nm范圍的變化曲線；（c）重復X射線輻照下的樣品照片；重復X射線輻照下的樣品在（d）200-800 nm和（e）1000-3000 nm范圍的透射光譜。
從一系列稀土離子摻雜氧化物玻璃中獲得了NIR-II（1000-1700 nm）的閃爍發(fā)光。其中，Er3+、Yb3+和Nd3+離子表現(xiàn)出*明顯的近紅外閃爍。與PL類似，XEL的強度與玻璃矩陣的聲子能量呈負相關，因此在具有最小聲子能量的亞硝酸鹽玻璃中觀察到*大的XEL。碲酸鹽玻璃的XEL積分強度是硼酸鹽玻璃的11倍。近紅外閃爍強度與照射劑量呈良好的線性關系（R2>0.998），且不受重復照射后玻璃色心引起的光暗化影響。與LYSO、BGO等閃爍晶體相比，閃爍玻璃在成本效益和光纖拉制與耦合方面具有優(yōu)勢。總之，稀土離子摻雜碲酸鹽玻璃代表了近紅外閃爍體的一個新研究方向，在光纖系統(tǒng)中的遠程輻射檢測方面具有巨大潛力。
配置推薦：
文中近紅外閃爍玻璃的X射線激發(fā)發(fā)光（XEL）測試，采用的是閃爍體性能測試系統(tǒng)，配備X射線管。該設備組合可用于研究新型閃爍體材料的發(fā)光特性。下圖為任晶教授團隊使用的熒光光譜儀及相關設備，主要用于近紅外光電材料與器件的研究。
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