热响应型Dy3+掺杂氧氟化物玻璃：兼具X射线闪烁体与温度传感功能的新型材料

为解决传统闪烁体无法实时监测温度且制备复杂的问题，研究人员开发了Dy3+掺杂氧氟化物玻璃闪烁体，通过Gd3+→Dy3+能量转移实现高效X射线激发发光（XEL）和荧光强度比（FIR）温度传感。该材料在303 K下温度灵敏度达1.42%K?1，X射线成像分辨率达26.8 lp/mm，性能超越同类Dy3+掺杂玻璃，为医学影像和辐射监测提供了多功能集成解决方案。

　　

在医疗影像和辐射监测领域，无机闪烁体长期面临两大难题：一是温度变化会导致其发光效率波动，影响检测精度；二是传统单晶闪烁体如Bi₄Ge₃O₁₂（BGO）制备成本高昂且缺乏温度反馈功能。当设备持续工作时，内部温度升高可能造成信号漂移，这在肿瘤放疗等精密应用中可能引发严重后果。更棘手的是，现有技术若想同时实现X射线成像与温度监测，需额外引入紫外光源，不仅增加系统复杂度，还可能因双激发机制产生信号干扰。

针对这些挑战，国内某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表了一项突破性研究。他们创新性地将稀土离子Dy³⁺掺杂到氧氟化物玻璃基质中，利用其独特的4f电子跃迁特性，开发出全球首款兼具X射线闪烁与自参考测温功能的双功能材料。这种设计巧妙地避开了传统方案的技术瓶颈——Dy³⁺离子的⁴F_9/2→⁶H_15/2（482 nm）和⁴F_9/2→⁶H_{13/sub>（575 nm）发射峰不仅与CCD传感器完美匹配，其热耦合能级（能量差~1200 cm^-1）更成为天然的"分子温度计"。}

研究采用47SiO₂-8Gd₂O₃-20Al₂O₃-10NaF-15CaF₂玻璃体系，通过熔融淬冷法制备样品。关键技术创新包括：1）引入Al₂O₃网络修饰剂增强玻璃稳定性；2）构建Gd³⁺→Dy³⁺能量转移通道提升X射线吸收效率；3）利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射（XRD）验证非晶态结构特征。

结构表征
XRD图谱显示所有样品均为非晶态，FT-IR检测到469 cm^-1处Si-O-Si/Si-O-Al桥氧振动峰，证实玻璃网络结构完整性。

温度传感性能
荧光强度比分析显示，在348 nm紫外激发和X射线激发下，最大相对灵敏度（S_R-max）分别达1.61%K^?1和1.42%K^?1（303 K），远超传统热电偶测温精度。

X射线成像性能
最优样品SGA-0.3Dy的XEL强度达到BGO标准的65.9%，且具备近乎完美的线性响应（R²=99.99%）。调制传递函数测试显示空间分辨率高达26.8 lp/mm，创下Dy³⁺掺杂玻璃的新纪录。

这项研究的意义不仅在于材料性能的突破，更开创了"自供电"式温度监测的新范式。通过单一X射线源同时实现成像与测温，该技术可简化医疗设备结构，在CT引导的肿瘤热疗等领域具有重大应用潜力。研究团队特别指出，氧氟化物玻璃的柔性加工特性使其能制成光纤探头，为狭小空间内的辐射-温度双模监测提供了可能。未来通过优化Dy³⁺浓度梯度，有望进一步提升材料在高温环境下的稳定性，推动其在工业无损检测中的应用。