Ce3+掺杂Sr0.84(Lu,Gd)0.16F2.16玻璃陶瓷闪烁体：突破高分辨率X射线成像的发光效率瓶颈

为解决玻璃闪烁体因高基质声子能量导致发光效率低的问题，研究人员通过分子动力学模拟指导设计Ce3+掺杂Sr0.84(Lu,Gd)0.16F2.16玻璃陶瓷(GC)材料，优化Gd3+/Ce3+浓度与热处理工艺，使X射线激发发光(XEL)强度提升至BGO晶体的133%，并实现20 lp/mm空间分辨率，为高性能X射线成像提供新方案。

　　

在医疗影像和工业检测领域，X射线探测材料的性能直接决定成像质量。传统单晶闪烁体如Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)虽性能优异，但制备成本高昂；玻璃闪烁体虽成本低、易加工，却因氧化物基质的高声子能量导致发光效率低下。如何兼顾低成本与高效率，成为该领域亟待突破的难题。

中国科学院的研究团队创新性地将目光投向玻璃陶瓷(GC)材料——这种通过玻璃基质中析出纳米晶体(NCs)的复合材料，既能保留玻璃的透光性和加工优势，又可借助晶体的低声子能量提升发光效率。他们选择具有5d→4f跃迁特性的Ce³⁺作为激活剂，以Sr_0.84(Lu,Gd)_0.16F_2.16为晶体相，通过分子动力学(MD)模拟预测氟化物相分离行为，指导实验制备。研究通过引入碳还原剂防止Ce³⁺氧化，并利用Gd³⁺的⁶P_7/2能级与Ce³⁺的5d能级匹配特性实现高效能量转移，最终在《Journal of Rare Earths》发表突破性成果。

关键技术包括：1) 分子动力学模拟预测氟化物相分离区域；2) 熔融淬冷法制备前驱体玻璃(PG)；3) 阶梯式热处理控制Sr_0.84(Lu,Gd)_0.16F_2.16纳米晶析出；4) X射线激发发光(XEL)与紫外激发光谱表征性能。

性能优化
通过调整GdF₃含量（0-3 mol%），发现2 mol% Gd³⁺的样品PG:Ce,2Gd的XEL强度达PG:Ce的1.6倍，证实Gd³⁺→Ce³⁺能量转移效应。透射电镜显示720°C热处理的GC720:Ce,2Gd样品中析出10-20 nm氟化物NCs，其XEL强度达BGO的133%。

热稳定性
在423K高温下，GC720:Ce,2Gd的XEL强度保持初始值的93%，优于多数氧化物闪烁体。连续X射线辐照6小时后性能无衰减，展现卓越辐照稳定性。

成像应用
调制传递函数测试显示，该材料可实现20 lp/mm的空间分辨率，成功捕获微米级金属网格结构，满足高精度CT成像需求。

这项研究不仅证实了MD模拟指导GC材料设计的可行性，更通过能级工程与工艺优化，使玻璃陶瓷闪烁体的综合性能超越商用单晶标准。其短寿命(60 ns)、高透光率(>73%)及低温制备特性，为开发低成本、高性能X射线成像设备开辟了新路径，尤其在动态实时成像领域具有重大应用前景。