Ce3+掺杂硼磷酸盐闪烁玻璃的合成及其在高分辨率同步辐射X射线成像中的应用

为解决单晶闪烁体成本高、制备复杂的问题，研究人员开发了Ce3+掺杂硼磷酸盐玻璃闪烁体，通过熔融淬火技术优化其光学与闪烁性能。结果显示，0.50 mol% CeF3掺杂玻璃具有最高PL强度（52% PLQY）和快速衰减时间（～20 ns），MTF值达22.93 lp/mm，显著提升X射线成像空间分辨率，为低成本高性能闪烁体提供了新选择。

　　

在辐射探测和医学成像领域，高性能闪烁体材料的需求日益增长。传统单晶闪烁体如YAG:Ce和GAGG:Ce虽具有优异性能，但存在制备成本高、尺寸受限等缺点。相比之下，玻璃闪烁体因其成本低、可塑性强和化学稳定性好而备受关注。然而，如何平衡玻璃的快速响应、高光输出和空间分辨率仍是技术难点。为此，泰国国家研究委员会资助的研究团队开发了一种新型Ce³⁺掺杂硼磷酸盐玻璃，旨在通过稀土离子调控实现高性能X射线成像应用。

研究采用熔融淬火技术制备了30MgO:20BaO:(45-x)P₂O₅:5B₂O₃:xCeF₃系列玻璃。通过阿基米德法测定密度，紫外-可见分光光度计分析光学性能，光致发光(PL)和放射发光(RL)光谱评估发光特性，并利用α粒子激发和MTF测试表征辐射探测能力。

玻璃制备与物理性能
通过取代P₂O₅引入CeF₃后，玻璃密度从2.39 g/cm³提升至6.16 g/cm³，折射率同步增加。摩尔体积变化表明Ce³⁺成功融入玻璃网络，为后续光学性能优化奠定基础。

光学与发光特性
紫外吸收边红移证实Ce³⁺的4f-5d跃迁。0.50 mol%掺杂样品表现出最强PL发射（340-346 nm），其PLQY达52%，超过该浓度后出现浓度猝灭效应。RL光谱与PL结果一致，闪烁效率达BGO晶体的45%。

辐射探测性能
20 ns的快速衰减时间使其适用于高计数率场景。MTF测试显示22.93 lp/mm的高空间分辨率（对比度0.2），优于同类玻璃材料。α粒子脉冲高度谱验证了材料对电离辐射的灵敏响应。

该研究通过组分设计实现了Ce³⁺在硼磷酸盐玻璃中的高效发光，其综合性能媲美商用单晶。特别是MTF值的突破，为同步辐射显微成像等高端应用提供了廉价替代方案。作者C. Phoovasawat等指出，未来可通过调控玻璃基质组分进一步优化能量传递效率。这项发表于《Radiation Physics and Chemistry》的成果，不仅推动了玻璃闪烁体的实用化进程，也为柔性辐射探测器开发提供了新思路。