铈溴化铈(CeBr3)单晶闪烁体的协同异价掺杂缺陷工程：机械与闪烁性能的协同提升

为解决CeBr3闪烁体机械性能差、吸湿性强及能量分辨率不足等问题，研究人员通过Ca2+/Ba2+异价共掺杂策略，采用垂直布里奇曼技术生长单晶。结果表明，Ba2+提升晶体生长稳定性并降低吸湿性，Ca2+将能量分辨率优化至4.3%，双掺杂（0.25 mol% each）使光产额提升25%，能量分辨率达4.1%。该研究为辐射探测材料设计提供了新思路。

　　

在辐射探测领域，铈溴化铈(CeBr₃)因其本征闪烁特性、高灵敏度及快速响应（17 ns衰减时间）成为空间探测和医学成像的理想材料。然而，其六方UCl₃型晶体结构（P6₃/m空间群）导致各向异性热膨胀和低热导率，易引发晶格断裂；高吸湿性进一步制约其实际应用。尽管钙钛矿闪烁体（如Cs₂CuCl₄）因可调带隙受关注，但其低光产额和晶体生长难题限制了发展。CeBr₃的现有研究存在矛盾结论：Sr²⁺掺杂对光产额的影响尚无定论，Ca²⁺掺杂甚至被报道可能引起发射光谱红移或蓝移。

为突破这些瓶颈，来自Bhabha Atomic Research Centre的研究团队首次提出Ca²⁺/Ba²⁺协同掺杂策略，通过垂直布里奇曼法生长单晶，系统研究了掺杂对晶体质量、吸湿性及闪烁性能的影响。研究采用紫外-可见光谱（UV-Vis）、发光分析和闪烁性能测试等技术，揭示了缺陷工程（如(Ca_Ce-V_Br)空位对）的调控机制。

Crystal Growth
通过优化掺杂浓度（0.1-0.5 mol%），发现Ba²⁺（0.25 mol%）显著改善晶体生长界面稳定性，而Ca²⁺（0.25 mol%）单独掺杂可将能量分辨率从纯CeBr₃的4.7%提升至4.3%。双掺杂样品（Ca/Ba各0.25 mol%）表现出协同效应：光产额增加25%，能量分辨率达4.1%，且吸湿性降低。

CONCLUSION
研究证实，异价掺杂通过晶格扰动（如Br^-空位形成）增强机械强度，同时Ca²⁺引入的陷阱中心优化了载流子传输。双掺杂CeBr₃的闪烁性能提升归因于缺陷结构的电子调控，其4.1%的能量分辨率接近商用LYSO闪烁体水平。

这项发表于《Journal of Alloys and Compounds》的工作，不仅解决了CeBr₃的工程化难题，还为设计新型缺陷工程化闪烁体提供了范式。其意义在于：1）首次实现异价共掺杂对CeBr₃性能的协同优化；2）阐明了空位缺陷与闪烁性能的构效关系；3）推动辐射探测器在极端环境（如太空）中的应用。未来研究可进一步探索其他二价离子（如Mg²⁺）的掺杂效应，以拓展材料体系。