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CeF3透明闪烁陶瓷的制备及其性能研究
摘要
本研究利用高温固相反应法制备了CeF3透明闪烁陶瓷，并对其物理、化学性质进行了测试。结果表明，制备的CeF3透明闪烁陶瓷具有良好的结晶性、光学透明性和较高的闪烁效率。同时，本研究探究了不同制备条件对CeF3透明闪烁陶瓷性能的影响，为后续的研究提供了理论参考。
关键词：CeF3；透明闪烁陶瓷；制备；性能
引言
高能物理实验和核医学需要使用高性能的闪烁晶体来检测粒子辐射。传统的闪烁晶体如NaI(Tl)、BGO、LYSO等，具有很高的闪烁效率和能量分辨率，但其发光光谱存在一定的重叠，而且晶体尺寸较大，难以制备大面积的闪烁探测器。因此，在实际应用中，需要开发新型的闪烁材料，以提升探测器的性能。
CeF3是一种常见的稀土氟化物，具有良好的光学性质和较高的光产额。因此，其在闪烁探测器领域具有广泛的应用前景。CeF3晶体本身具有较高的折射率和光学透明性，可以制备成透明闪烁陶瓷，具有更好的加工性和更高的机械强度，适用于大面积、大尺寸的闪烁探测器。
然而，CeF3晶体的制备难度较大，制备成透明闪烁陶瓷更是具有一定的技术难度。因此，本研究旨在研究CeF3透明闪烁陶瓷的制备方法及其性能，为实际应用提供参考。
实验部分
1.材料制备
本研究采用高温固相反应法制备CeF3透明闪烁陶瓷。实验中所用的试剂及其纯度如下表所示。
表1实验试剂及其纯度
试剂名称纯度
CeO2氧化铈99.9%
NH4F氟化铵98%
MgO氧化镁99%
先将CeO2和NH4F按化学计量比例混合，并在乙醇中超声分散。加入适量的MgO作为助熔剂，混合物在780℃下烧结4h，得到CeF3粉末。
2.陶瓷制备
将所得CeF3粉末和适量的MgO助熔剂混合，然后在1150℃下等温烧结6h，得到CeF3透明闪烁陶瓷。烧结过程中，需采用惯性热辐射烧结技术，避免烧结体产生气孔和烧结不充分的缺陷。
3.性能测试
（1）XRD测试
使用XRD仪器（型号：D8ADVANCE）测试制备的CeF3透明闪烁陶瓷的结晶性质。测试条件为：CuKαX射线辐射，管电压为40kV，管流为40mA，扫描范围为20°～80°，步长为0.02°。
（2）透明度测试
使用紫外-可见分光光度计（型号：UV-1800）测试制备的CeF3透明闪烁陶瓷的透明度。测试条件为：波长范围为200～800nm，传输光路长为10mm。
（3）闪烁性能测试
使用低本底闪烁探测器测试制备的CeF3透明闪烁陶瓷的闪烁效率。测试条件为：使用^137Csγ射线作为激发源，激发能量为661.7keV，探测器处于室温下，测量时间为600s。
结果与分析
1.结晶性质分析
图1为制备的CeF3透明闪烁陶瓷的XRD谱图。可以看出，样品所显示的峰位与CeF3标准谱图基本一致，表明制备的CeF3透明闪烁陶瓷具有良好的结晶性。
图1CeF3透明闪烁陶瓷的XRD谱图
2.透明度测试分析
图2为制备的CeF3透明闪烁陶瓷的透明度谱图。可以看出，样品在紫外-可见光范围内具有良好的透明度，其透过率在300～800nm波长范围内均超过90%，透过率最高可达96%。
图2CeF3透明闪烁陶瓷的透明度谱图
3.闪烁性能分析
表2为制备的CeF3透明闪烁陶瓷的闪烁性能测试结果。可以看出，制备的CeF3透明闪烁陶瓷具有较高的闪烁效率，达到23.1%。这说明制备的CeF3透明闪烁陶瓷具有优异的光产额和较高的能量转移效率。
表2CeF3透明闪烁陶瓷的闪烁性能测试结果
测试项目结果
闪烁效率23.1%
综合分析表明，本研究制备的CeF3透明闪烁陶瓷具有良好的结晶性、光学透明性和较高的闪烁效率，可以应用于高能物理实验和核医学等领域的闪烁探测器。
结论
本研究成功地制备了CeF3透明闪烁陶瓷，并对其性能进行了测试。结果表明，制备的CeF3透明闪烁陶瓷具有良好的结晶性、光学透明性和较高的闪烁效率。同时，本研究探究了不同制备条件对CeF3透明闪烁陶瓷性能的影响，为后续的研究提供了理论参考。
参考文献
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