掺杂硼酸锂磷光体的发光特性研究

摘要

热释光(TL)、光释光(OSL)在发光剂量学中具有重要的地位，已广泛应用于个人剂量、辐射治疗、环境监测、考古学和地质测年学等领域。硼酸盐磷光体因具有非常好的组织等效性，而备受研究者们青睐。为此，作者以硼酸锂为基质材料，掺入过渡金属Cu、Ag和其他激活剂Mg、P、In等，研制新型硼酸锂磷光体，得到了Li<,2>B<,4>O<,7>：Cu,Ag,P和Li<,2>B<,4>O<,7>：Cu,Ag,Mg等多种有应用前景的发光剂量学新材料。 　　在研制新型发光剂量材料的同时，通过测量热释光发光曲线、光释光衰退曲线、热释光三维光谱、荧光谱等手段研究了掺杂硼酸锂磷光体的热释光和光释光的发光机制。　　热释光实验发现，样品制备过程中的烧结温度和预烧过程明显影响了磷光体的灵敏度；Cu、Ag、Mg、In等激活杂质加强206℃左右的发光峰，浓度淬灭效应明显：激活杂质P也能使206℃左右的发光峰加强，浓度淬灭效应不明显。　　热释光三维光谱表明，掺铜硼酸锂磷光体中的发光是一个从340nm至480nm的发光带，峰值波长在380nm左右，主要由过渡金属Cu决定，发光波长可以归因于Cu<'+>离子的3d<'9>→3d<'10>跃迁，特别是381nm左右的发光对应于<'1>D<,2>→<'1>S<,0>跃迁；单掺Ag的硼酸锂磷光体热释光发光波长主要位于紫外波段，可能是Ag<'+>离子的发光；Mg的掺入会使磷光体的发光带向长波方向有明显的移动，而In的掺入也会使发光带向长波方向有轻微的移动；Ag的掺入使磷光体的发光带向短波方向移动；P的掺入不会使磷光体的发光带产生移动。　　金属杂质掺入硼酸锂时，金属离子可能进入晶格中的氧四面体空间或氧八面体空间中，所以Mg、In、Ag等杂质会影响Cu离子周围的氧原子，从而影响到Cu离子的发光；杂质P掺入硼酸锂时，PO<,4>基元会替代BO<,4>基元，由于磷(P)原子半径与硼(B)原子半径接近，基本不会影响到氧四面体空间或氧八面体空间中的氧原子，所以基本不会影响到Cu离子的发光。　　掺铜硼酸锂磷光体的热释光和光释光可能来自于相同的缺陷结构，这与有些发光材料(例如掺杂钨酸铅)的热释光缺陷与光释光缺陷存在本质区别是不同的。磷光体的热释光晒退特性和材料的制备工艺关系很大，譬如烧结工艺可以非常明显的影响到晒退特性，这可能是因为烧结工艺影响磷光体晶粒的大小，从而影响到缺陷中所俘获电子或空穴的光电离截面。掺铜硼酸锂磷光体的热释光晒退特性也受到激活杂质的影响：如掺入适量Mg能强烈降低掺铜硼酸锂磷光体热释光的可晒退量，但浓度过高的话，晒退特性又会逐渐增加；P的掺入对磷光体晒退特性的影响与Mg不同，随着P的浓度增加，磷光体热释光的晒退特性逐渐减弱。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1热释光现象和理论模型

1.2光释光现象和理论模型

1.3TL和OSL发光剂量学的研究现状

1.4选题背景

1.5研究内容

第2章实验方法及设备

2.1样品的制备

2.2样品的辐照和释光测量

2.3光谱测量

第3章掺杂硼酸锂的热释光发光曲线

3.1未掺杂的Li2B4O7的热释光

3.2烧结工艺对掺杂的Li2B4O7的热释光的影响

3.3掺Cu、Ag对Li2B4O7的热释光的影响

3.4In和Mg对Li2B4O7：Cu0.02%磷光体热释光的影响

3.5掺P对Li2B4O7：Cu0.02%Ag0.02%的热释光的影响

第4章掺杂硼酸锂的热释光谱

4.1单掺Cu、Ag硼酸锂磷光体的热释光谱

4.2掺Ag对LBO：Cu0.02%磷光体的热释光谱的影响

4.3掺Mg、In对LBO：Cu0.02%磷光体的热释光谱的影响

4.4掺P对LBO磷光体的热释光谱的影响

第5章掺杂硼酸锂磷光体的荧光谱

5.1基质硼酸锂的荧光谱

5.2单掺Cu、Ag的硼酸锂磷光体的荧光谱

5.3Ag、Mg、In对LBO：Cu0.02%磷光体的荧光谱的影响

5.4P对LBO：Cu0.02%，Ag0.02%磷光体的荧光谱的影响

5.5讨论

第6章硼酸锂磷光体光释光与热释光关系

6.1热处理工艺对热释光晒退特性的影响

6.2硼酸锂磷光体中热释光陷阱与光释光陷阱的关系探讨

6.3掺杂对磷光体晒退的影响

6.4其他发光材料中的热释光与光释光缺陷关系

第7章掺杂硼酸锂磷光体的剂量特性

7.1 LBO：Cu0.02%，Ag0.02% ，Mg0.02%的热释光剂量特性

7.2Li2B4O7:Cu0.02%，Ag0.02% ，P0.02%的热释光剂量特性

7.3Cu对Li2B4O7：Ag0.02%的热释光剂量响应的影响

第8章总结

8.1结论

8.2创新性和不足之处

参考文献

附录一攻读博士学位期间已发表的学术论文目录

附录二致谢

附录三原创性声明