高量子产率Sm3+掺杂Li2O-Gd2O3-ZrO2-P2O5玻璃的同步辐射X射线成像材料研究

研究人员针对传统闪烁体成本高、分辨率不足的问题，开发了Sm3+掺杂磷酸盐玻璃新型闪烁材料。通过熔融淬火法制备的样品展现出85%的高光致发光量子产率(PLQY)、55.39%的积分闪烁效率及10 lp/mm空间分辨率，证实其作为同步辐射X射线成像闪烁体的潜力，为低成本高分辨率辐射探测提供了新方案。

　　

在辐射探测领域，高性能闪烁体材料长期依赖昂贵的单晶材料如YAG:Ce，其复杂的制备工艺和高成本制约了大规模应用。与此同时，医疗影像、高能物理等领域对高分辨率、高灵敏度探测器的需求持续增长。针对这一矛盾，泰国那空拍侬大学玻璃技术卓越中心的研究团队创新性地将目光投向稀土掺杂玻璃体系，开发了一种基于Sm³⁺掺杂的Li₂O-Gd₂O₃-ZrO₂-P₂O₅磷酸盐玻璃，相关成果发表于《Radiation Physics and Chemistry》。

研究采用熔融淬火法（melt-quenching）制备系列玻璃样品，通过密度测定、折射率测试、紫外-可见-近红外吸收光谱、光致发光光谱（PL）、放射发光光谱（RL）等系统表征手段，结合同步辐射X射线成像实验，全面评估材料性能。关键创新在于通过Gd³⁺→Sm³⁺能量转移机制和ZrO₂网络修饰作用协同提升材料性能。

玻璃制备
通过精确控制20Li₂O?5Gd₂O₃?2ZrO₂?(73-x)P₂O₅?xSm₂O₃配方（Sm₂O₃掺杂量0-2.00 mol%），在1400℃熔融3小时获得透明无色的玻璃样品。

结果与讨论
密度（2.8050-2.8588 g/cm³）与折射率随Sm³⁺浓度增加而线性提升。0.50 mol% Sm₂O₃样品表现出最优PL性能，在600 nm处呈现最强发射峰（对应⁴G_5/2→⁶H_7/2跃迁），PLQY达85%。衰减时间分析证实Gd³⁺→Sm³⁺能量转移效率最高达66.08%。Inokuti-Hirayama模型揭示Sm³⁺离子间以偶极-偶极相互作用为主导能量转移机制。RL测试显示相对于BGO晶体的积分闪烁效率为55.39%。同步辐射成像实验获得10 lp/mm空间分辨率，对应MTF值0.46。

结论
该研究成功开发出具有高PLQY和优异成像性能的Sm³⁺掺杂磷酸盐玻璃闪烁体。Gd₂O₃和ZrO₂的协同作用显著提升了材料密度（Z_eff=64）和能量转换效率，而Li₂O的引入改善了稀土离子分散性。研究不仅为同步辐射X射线成像提供了低成本替代方案，更通过系统的能量转移机制研究为稀土掺杂玻璃设计提供了理论指导，在医疗诊断、安检成像等领域具有重要应用前景。