中國粉體網(wǎng)訊 閃爍體能夠將高能射線或粒子轉化為紫外或可見光波段發(fā)光，是人類探索微觀物質起源和宏觀宇宙演化的重要介質，充當著人類觀察高能粒子的“眼睛”角色。閃爍體被廣泛應用于科研、醫(yī)療、國土安全和工業(yè)等領域，各領域對閃爍材料的性能也提出了針對性要求（Jiang Li, et al. Chapt. 3. Scintillators. In: Processing of Ceramics: Breakthroughs in Optical Materials. Wiley, 2021）。鈰離子摻雜镥鋁石榴石（Ce:LuAG）閃爍陶瓷具有高密度、抗輻照能力強、高亮度、快衰減、制備成本相對較低等優(yōu)點，有望成為新一代Shashlik采樣量熱計的探測材料。
閃爍陶瓷材料的出現(xiàn)不僅豐富了陶瓷行業(yè)的研究內(nèi)涵，更拓展了閃爍晶體材料在醫(yī)療器械、復合晶體探測器和國家安全等領域的應用，是一種具有極大潛能的新材料。目前以石榴石為基體的閃爍陶瓷最受人矚目，因其具有晶界結合力穩(wěn)定，光學各向同性，共摻雜或多摻雜能夠降低導帶位置“覆蓋”禁帶中反位缺陷等優(yōu)勢，進而降低燒結溫度提高透明度，此舉有望批量生產(chǎn)并應用于航空航天、軍事、醫(yī)療等領域。
近期，中國科學院上海硅酸鹽研究所李江研究員帶領透明與光功能陶瓷研究團隊與捷克科學院物理研究所Martin Nikl博士和泰國國王科技大學Weerapong Chewpraditkul博士合作，對備受高能物理實驗界關注的Ce:LuAG閃爍陶瓷進行組分設計和性能優(yōu)化，獲得進展。該團隊基于“缺陷工程”的策略，在Ce:LuAG透明陶瓷中引入二價Ca2+，并系統(tǒng)研究了Ca2+摻雜濃度對陶瓷微觀結構、光學質量和閃爍性能的影響。通過合適濃度的Ca2+共摻，有效誘導Ce4+快閃爍中心的形成，將Ce:LuAG陶瓷的閃爍快衰減分量（LY0.5μs/LY3μs）從79%提升至97%，是目前國際報道的最高值（Danyang Zhu, et al. J. Eur. Ceram. Soc., 2022, 42: 6075-6084）。
石榴石作為極具潛力的閃爍體基質材料，其獨特優(yōu)勢在于晶格對不同陽離子取代的包容高度較大，在四面體、八面體、十二面體格位均可以實現(xiàn)多種離子取代，這使石榴石光功能材料從傳統(tǒng)的二元石榴石逐漸發(fā)展為三元、四元甚至更多元，其性能也隨著離子取代可以實現(xiàn)更豐富和靈活的調(diào)控，從而滿足不同應用領域閃爍材料的性能需求。該團隊對多組分石榴石閃爍陶瓷的發(fā)展歷程、制備路徑和優(yōu)化思路進行了全面綜述，并總結提出多組分石榴石閃爍陶瓷未來發(fā)展的前景方向（Danyang Zhu, et al. J. Adv. Ceram., 2022, doi: 10.1007/s40145-022-0660-9）。
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https://doi.org/10.1002/9781119538806.ch3
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.06.023
https://doi.org/10.1007/s40145-022-0660-9
不同Ca2+摻雜濃度Ce,Ca:LuAG閃爍陶瓷的實物照片
不同Ca2+摻雜濃度Ce,Ca:LuAG透明陶瓷的閃爍衰減曲線
來源：中科院上海硅酸鹽所
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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