Tb3+掺杂碲酸盐微晶玻璃的制备及其高效X射线闪烁性能研究

研究人员针对传统无机晶体闪烁体成本高、制备复杂等问题，通过构建Gd3+-Tb3+能量传递系统，成功制备出含BaGdF5纳米晶的Tb3+掺杂碲锗酸盐微晶玻璃。该材料在545 nm处发光强度较前驱体玻璃提升100%，XEL积分强度达BGO晶体的72.6%，且具有优异辐射稳定性，为慢事件X射线探测提供了新型候选材料。

　　

在辐射探测领域，闪烁体材料如同"能量翻译官"，负责将高能射线转化为可检测的可见光。传统无机晶体闪烁体如BGO（铋锗氧化物）虽性能优异，却面临制备成本高、周期长等瓶颈问题。这就像拥有顶级性能的"奢侈品"，难以满足大规模应用需求。而玻璃闪烁体以其制备简便、成本低廉的优势崭露头角，但无序结构导致的低发光效率又成为新的"阿喀琉斯之踵"。

针对这一矛盾，来自国内的研究团队创新性地将目光投向碲酸盐微晶玻璃体系。这种材料兼具玻璃的易加工性和晶体的高效发光特性，就像在玻璃基体中"播种"纳米晶体，既保持光学透明性又能提升发光效率。研究人员通过精心设计Gd³⁺-Tb³⁺能量传递系统，在TeO₂-GeO₂基质中成功诱导BaGdF₅纳米晶析出，制备出性能优异的闪烁材料。相关成果发表在《Journal of Luminescence》上。

研究采用熔融淬火结合热处理技术，通过DTA（差热分析）确定最佳晶化条件，借助XRD（X射线衍射）和SEM（扫描电镜）表征微观结构，并系统测试了材料在378 nm紫外光和X射线激发下的发光性能。

【材料与合成】章节显示，研究选用高纯TeO₂、GeO₂等原料，通过1450°C熔融2小时制备前驱体玻璃。巧妙的是，通过调控GdF₃含量形成Gd³⁺-Tb³⁺能量传递通道，为后续性能优化奠定基础。

【相与形貌】部分揭示，DTA曲线显示玻璃转变温度T_g为430°C，确定880°C/1h为最佳热处理条件。XRD证实BaGdF₅纳米晶成功析出，SEM显示晶粒尺寸均匀分布在50-100 nm范围，这种精细结构有效避免了光散射。

最引人注目的成果体现在光学性能方面。在378 nm激发下，微晶玻璃在545 nm处产生强烈的Tb³⁺特征绿光发射，强度较前驱体玻璃提升100%。更令人振奋的是，XEL测试显示其积分发光强度达到商用BGO晶体的72.6%，且展现出卓越的辐射稳定性——连续X射线照射180分钟后，发光强度仅衰减20%。

这项研究通过构建Gd³⁺-Tb³⁺能量传递系统，成功实现了碲酸盐微晶玻璃闪烁性能的突破。材料兼具高发光效率（light yield）和优异辐射稳定性（radiation resistance）的特点，特别适合需要长时间稳定工作的"慢事件"X射线探测场景。相比传统晶体闪烁体，该材料制备工艺简单、成本低廉，为工业CT、安检成像等领域提供了新的材料选择。研究团队特别指出，通过进一步优化纳米晶尺寸分布和稀土离子掺杂浓度，材料性能还有提升空间。这项工作不仅为新型闪烁体开发提供了新思路，也展示了微晶玻璃在辐射探测领域的巨大应用潜力。