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用戶速遞丨哈爾濱工程大學(xué)任晶教授團隊：共摻雜調(diào)控Er3+摻雜玻璃近紅外閃爍發(fā)光性能研究

近日，哈爾濱工程大學(xué)任晶教授團隊在近紅外閃爍玻璃領(lǐng)域取得重要進展。研究成果以“The impact of codoping on the near-infrared scintillation emissions of Er3+-doped gadolinium tellurite glass”為題發(fā)表在國際知名期刊《Ceramics International》上。哈爾濱工程大學(xué)為該論文第一單位，任晶教授/錢森研究員為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您的科學(xué)研究或工業(yè)應(yīng)用帶來一些靈感和啟發(fā)。

應(yīng)用方向：近紅外閃爍體、閃爍玻璃、X射線探測、高劑量輻射探測

近紅外（NIR）玻璃閃爍體因其抗輻射損傷特性以及與光纖系統(tǒng)的兼容性等獨特優(yōu)勢，在遠距離非接觸式輻射探測領(lǐng)域日益受到關(guān)注。然而，目前關(guān)于此類玻璃近紅外閃爍機理的研究仍顯不足，特別是稀土離子共摻雜對閃爍性能的影響機制尚不明確。

近日，任晶教授團隊通過研究Er3+/Yb3+摻雜TeO2-BaO-GdF3玻璃體系，發(fā)現(xiàn)在X射線激發(fā)下，近紅外光致發(fā)光增強的經(jīng)典能量轉(zhuǎn)移敏化策略并未能有效提升輻射發(fā)光性能。

圖1. Er3+摻雜釓碲酸鹽近紅外閃爍玻璃的X射線激發(fā)發(fā)光（XEL）光譜：(a) 500-800 nm波段，(b) 1450-1650 nm波段。

圖2. Yb3+/Er3+共摻雜釓碲酸鹽近紅外閃爍玻璃的X射線激發(fā)發(fā)光（XEL）光譜：(a) 500-800 nm波段，(b) 925-1125 nm波段，(c) 1450-1650 nm波段。

實驗結(jié)果表明由于光致發(fā)光（PL）與輻射發(fā)光（RL）的發(fā)光機制存在本質(zhì)差異，GdF3和Yb2O3的引入能顯著增強Er3+在可見光和近紅外波段的PL發(fā)光強度；然而在輻射發(fā)光過程中，GdF3改性玻璃的可見光與近紅外RL發(fā)射呈現(xiàn)競爭關(guān)系，而Yb3+/Er3+共摻雜體系則主要表現(xiàn)為Yb3+與Er3+近紅外RL發(fā)射的相互制約。要實現(xiàn)*優(yōu)閃爍性能，需要精確調(diào)控各能級躍遷概率并優(yōu)化能量傳遞效率。

圖3. Yb3+/Er3+摻雜釓碲酸鹽近紅外閃爍玻璃的能級示意圖

圖4. 20Gd樣品在不同X射線劑量下的XEL光譜(a)和(b)，樣品實物照片(c)；重復(fù)X射線輻照后的透射光譜(d)和(e)。
 

實驗測得在61.6 Gy到309.5 Gy范圍內(nèi)，Yb3+/Er3+摻雜釓碲酸鹽近紅外閃爍玻璃的X射線激發(fā)發(fā)光（XEL）強度與輻照劑量率之間具有優(yōu)異的線性響應(yīng)特性。樣品在3000 Gy劑量內(nèi)近紅外波段發(fā)射強度幾乎不受輻照損傷影響并具備熱還原能力。

Yb3+/Er3+摻雜釓碲酸鹽近紅外閃爍玻璃適用于高劑量輻射環(huán)境（如核反應(yīng)堆）以及遠程輻射監(jiān)測（如海底光纜系統(tǒng)）等特殊場景。

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