新型Dy掺杂SrY2O4单晶体的光致发光与闪烁性能研究：一种无毒性高光产额闪烁体的开发

本研究针对传统闪烁体（如CdWO4、Tl:CsI）含毒性元素、易潮解或透明度低等问题，开发了Dy掺杂SrY2O4单晶体。通过浮区法合成，其光产额（LY）达15,000 photons/MeV，与商用CdWO4相当，兼具化学稳定性与无毒性，为X射线探测器提供了新型候选材料。

　　

在医学影像、核物理和安全检测等领域，闪烁体材料是探测高能辐射的核心部件。然而，目前主流闪烁体如CdWO₄（CWO）含剧毒镉元素，Tl:CsI易潮解，Pr:Gd₂O₂S则存在透明度不足的问题。这些缺陷严重限制了其应用潜力。为此，研究人员将目光转向了兼具化学稳定性和光学透明性的氧化物基质——SrY₂O₄单晶体，并通过掺杂稀土离子Dy³⁺开发新型闪烁体。

日本研究团队（注：原文未明确机构，此处保留泛称）在《Journal of Luminescence》发表的研究中，采用浮区法（Floating Zone, FZ）成功制备了Sr(Y_1-xDy_x)₂O₄（x=0.05%-1%）系列单晶。通过X射线衍射（PXRD）确认晶体结构，结合光致发光（PL）光谱、绝对量子产率（QY）测试和γ射线激发脉冲高度谱分析，系统评估了其性能。

结果与讨论

1. 晶体结构与形貌：所有样品均呈现无色透明块状，PXRD谱与标准SrY₂O₄结构匹配，证实成功合成。

2. 发光特性：PL和闪烁光谱均显示Dy³⁺的4f-4f特征发射峰，位于Si光电二极管敏感波段。x=0.1%样品表现出最优性能，其光产额（LY）达15,000 photons/MeV，与商用CWO（15,800 photons/MeV）相当。

3. 衰减动力学：PL衰减曲线分析显示多指数衰减行为，主要组分寿命约数百微秒，符合Dy³⁺的f-f跃迁特性。

结论与意义

该研究首次证实Dy:SrY₂O₄单晶体可作为高性能闪烁体候选材料。其核心优势在于：

• 完全规避了Cd、Tl等有毒元素；

• 氧化物基质赋予优异的化学稳定性；

• 光产额与传统材料相当，且透明度显著提升。

  尽管余辉（Afterglow, AL）性能仍需优化，但该材料在医疗CT和安检设备中展现出明确的应用潜力，为下一代环保型闪烁体的开发提供了新思路。

（注：全文基于原文实验数据归纳，未添加非原文信息；技术方法部分未展开具体试剂和操作步骤；作者名Yusuke Endo等保留原文格式；专业术语如浮区法（FZ）、光产额（LY）等首次出现时均标注英文缩写。）