哈尔滨工程大学任晶教授团队：高性能稀土掺杂近红外玻璃闪烁体的开发与评估

近日，哈尔滨工程大学任晶教授团队在近红外闪烁玻璃领域取得重要进展。研究成果以“Assessment of Rare Earth Ion-doped Near-infrared Glass Scintillator”为题发表在国际知名期刊《Journal of Materials Chemistry C》上，并被选为热点论文。哈尔滨工程大学为该论文第一单位，任晶教授/叶佳璇讲师为共同通讯作者。今天小卓为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业应用带来一些灵感和启发。

​近红外（NIR）闪烁玻璃凭借其优异的抗辐射损伤性能以及与光纤系统良好的兼容性等独特优势，在远距离高剂量辐射探测领域展现出广阔的应用前景。然而，当前对于其关键物性与光学参数如何影响近红外闪烁性能的理解仍非常有限，亟待系统研究。

近日，任晶教授团队从玻璃基质、发光中心（稀土离子）及其掺杂浓度三个维度出发，系统探究它们对近红外闪烁玻璃基本物理、光学及闪烁性能的影响，旨在通过全面研究为未来近红外闪烁玻璃性能优化奠定研究基础。

图1. （a）基于近红外闪烁玻璃与光纤的远程辐射探测示意图；（b）部分稀土离子典型发射光谱及辐照损伤范围。

图2. 不同成分掺杂Er3+的玻璃的（a）密度、（b）拉曼光谱和（c）透射光谱，以及（d）掺杂多种稀土离子的碲酸盐玻璃的透射光谱。

图3. Er3+掺杂玻璃样品在980 nm激光二极管激发下的（a）光致发光光谱和（c）衰减曲线；不同稀土离子掺杂的碲酸盐玻璃样品的（b）光致发光光谱和（d）衰减曲线。

图4 (a)掺杂Er3+的玻璃、(b)掺杂不同稀土离子的碲酸盐玻璃、(c)2 mol% Er3+掺杂碲酸盐玻璃与ZBLAN玻璃的XEL光谱；(d)不同X射线剂量下Er3+掺杂碲酸盐玻璃的XEL光谱（下y轴）及相应的积分XEL强度随剂量变化曲线（上y轴）。

图5. 在重复X射线辐照下，XEL光谱（下y轴）及对应积分XEL强度（上y轴）随剂量在（a）300-750 nm和（b）1450-1650 nm范围的变化曲线；（c）重复X射线辐照下的样品照片；重复X射线辐照下的样品在（d）200-800 nm和（e）1000-3000 nm范围的透射光谱。

从一系列稀土离子掺杂氧化物玻璃中获得了NIR-II（1000-1700 nm）的闪烁发光。其中，Er3+、Yb3+和Nd3+离子表现出最明显的近红外闪烁。与PL类似，XEL的强度与玻璃矩阵的声子能量呈负相关，因此在具有最小声子能量的亚硝酸盐玻璃中观察到最大的XEL。碲酸盐玻璃的XEL积分强度是硼酸盐玻璃的11倍。近红外闪烁强度与照射剂量呈良好的线性关系（R2>0.998），且不受重复照射后玻璃色心引起的光暗化影响。与LYSO、BGO等闪烁晶体相比，闪烁玻璃在成本效益和光纤拉制与耦合方面具有优势。总之，稀土离子掺杂碲酸盐玻璃代表了近红外闪烁体的一个新研究方向，在光纤系统中的远程辐射检测方面具有巨大潜力。

关于此文章的更多细节请点击以下原文链接：https://doi.org/10.1039/D5TC03532E

配置推荐：

文中近红外闪烁玻璃的X射线激发发光（XEL）测试，采用的是闪烁体性能测试系统，配备X射线管。该设备组合可用于研究新型闪烁体材料的发光特性。下图为任晶教授团队使用的荧光光谱仪及相关设备，主要用于近红外光电材料与器件的研究。

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