Dy3+掺杂NaCaPO4荧光粉的合成及其热释光特性在高剂量辐射剂量学中的应用研究

《Applied Radiation and Isotopes》：Synthesis and Thermoluminescence Study of Dy3+ Doped NaCaPO 4 Phosphor

本文推荐一种采用简单燃烧法合成的高灵敏度Dy3+掺杂NaCaPO4荧光粉。该材料经优化后（0.4 M%掺杂浓度、1200°C退火、106-125 μm粒径）展现优异热释光（TL）性能，其灵敏度为商用TLD-900的6倍，线性剂量响应范围达1.0 Gy–500 Gy，且具备良好重复使用性。研究通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等证实其正交晶系结构，并通过变加热率（VHR）和计算机化辉光曲线解卷积（CGCD）分析陷阱参数，表明其在辐射剂量学领域具有应用潜力。

　　

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NaCaPO₄: Dy³⁺荧光粉的合成

采用燃烧法合成了Dy³⁺掺杂的NaCaPO₄荧光粉。合成所使用的原料包括NaNO₃、Ca(NO₃)₂·4H₂O、NH₄H₂PO₄和NH₂CONH₂（尿素）。所有原料均为分析纯级别，以确保荧光粉的高纯度。合成反应基于以下方程式进行：

NaNO₃ + Ca(NO₃)₂·4H₂O + NH₄H₂PO₄ + 2NH₂CONH₂ → NaCaPO₄ + 11H₂O↑ + 2CO₂↑ + 4N₂↑

将上述原料混合并研磨均匀。

X射线衍射分析

图1(a)展示了掺杂0.4 M% Dy³⁺的样品在不同高温下（400 °C 至 1200 °C）退火前后的XRD图谱。同样地，图1(b)展示了Dy³⁺掺杂浓度从0.0变化至1.0 M%的NaCaPO₄样品的XRD分析结果。所有样品的XRD图谱均与NaCaPO₄的标准图谱（JCPDS卡片号76-1456）吻合良好，表明成功形成了单一的正交晶相。

结论

采用简单的燃烧法成功合成了NaCaPO₄:Dy³⁺荧光粉。合成的荧光粉为纯正交晶相。掺杂浓度为0.4 M%、粒径范围为106-125 μm、并在1200 °C下退火的NaCaPO₄:Dy³⁺荧光粉表现出最高的热释光（TL）灵敏度。经优化的NaCaPO₄:Dy³⁺（0.4 M%, 1200 °C, 106-125 μm）荧光粉的TL峰强度约为TLD-900的6.0倍，但约为TLD-700H的1/3.0。