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哈爾濱工程大學物理與光電工程學院任晶教授團隊在X射線成像領域取得重要進展。研究成果以“Intense radioluminescence from transparent CsGd2F7: Ce3+ nano-glass scintillator"為題發表在國際知*期刊《Journal of the European Ceramic Society》上。哈爾濱工程大學為該論文第一單位，任晶教授/張建中教授為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對您的科學研究或工業應用帶來一些靈感和啟發。
應用方向：閃爍體、微晶玻璃、X射線成像
在X射線成像應用中，能夠同時自校準溫度和輻射劑量的閃爍體材料具有重要意義，尤其是在條件多變的環境中。傳統測量方法往往依賴於單一波段發射強度的變化，需要額外的校準程序來保證測量精度。而采用熒光強度比（FIR）的傳感器可以有效應對環境因素導致的光強變化，為非接觸式測量提供了一種可靠方案。
圖1. 納米玻璃閃爍體的納米級表征：（a）樣品與 CsGd₂F₇晶體的 XRD 圖譜（PDF#27–0112，紅線）；（b）GC-710 的高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像，插圖為 CsGd₂F₇晶體結構示意圖；（c）GC-710 的暗場透射電鏡（TEM）圖像，以及對應的（d）Si、（e）Gd、（f）F（g）Cs、（h）Ce 元素映射圖，元素濃度通過顏色亮度反映。
任晶教授團隊設計了一種新型的析出CsGd₂F₇:Ce³⁺納米晶（NCs）的新型納米玻璃閃爍體，其通過熔融淬火和可控熱處理工藝製備。高分辨率透射電子顯微鏡顯示，平均粒徑 50 nm 的 CsGd₂F₇:Ce³⁺納米晶均勻分散於玻璃基質中，被富 SiO₂非晶層包裹，結晶度約 5%。
該納米玻璃的放射發光性能顯著優於傳統材料：X 射線激發發光（XEL）積分強度達標準 BGO 晶體的 316%，662 keV γ 射線能量分辨率為 17.4%，光產額 827±8 ph/MeV。其輻射硬度優異，在 2.112 kGy 累積劑量下 XEL 強度波動＜26%，熱退火後完*恢複；熱穩定性良好，300℃下仍保持高效發光， 500℃高溫測試後性能可恢複。
圖 3. 納米玻璃閃爍體的閃爍特性。（a）樣品與 BGO 的 X 射線激發發光（XEL）快色视频污下载污，虛線顯示積分 XEL 強度隨輻照時間（長達 176 分鍾）的變化；（b）計算得到的 GC-710 與 BGO 在 50 keV X 射線下的衰減效率隨樣品厚度的變化，插圖為 GC-710 的放射發光（RL）衰減曲線及雙指數擬合（藍色曲線）；（c）GC 在 28–500℃升 - 降溫循環中的 XEL 快色视频污下载污，插圖為升 - 降溫過程中 XEL 強度的變化；（d）GC-710 與 BGO 的 137Cs γ 射線脈衝高度譜，插圖為 GC-710 的局部放大圖。
圖 4. 基於納米玻璃閃爍體的 X 射線成像演示（a）X 射線成像係統示意圖；（b）微芯片的 X 射線圖像（劑量率：30 mGy air/s，電壓：60 kV）；（c）調製傳遞函數（MTF）隨空間頻率（lp/mm）的變化曲線，空間分辨率（MTF=0.2 時）為 8.8 lp/mm；（d）標準 X 射線分辨率測試模板的明場圖像（劑量率：30 mGy air/s，電壓：60 kV）。
基於該材料構建的 X 射線成像係統空間分辨率達 8.8 lp/mm，優於 CsPbBr₃納米玻璃（4.1 lp/mm），接近商用 CsI:Tl 閃爍體（10 lp/mm），成功實現微芯片的清晰成像。研究表明，CsGd₂F₇:Ce³⁺納米玻璃閃爍體在高能射線探測、高溫環境成像等領域具有應用潛力，其性能提升歸因於納米晶的低缺陷結構和 Gd³⁺-Ce³⁺間高效能量轉移。
未來可通過優化結晶度和摻雜濃度進一步提升性能，為輻射檢測與醫學成像提供新方案。該研究為開發高性能閃爍體材料奠定了基礎，有望在X射線探測、成像等領域得到應用。
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文中CsGd₂F₇:Ce³⁺玻璃的X射線激發發光（XEL）測試，采用的是北京快色视频软件儀器有限公司的閃爍體性能測試係統，配備X射線管。該設備組合可用於研究新型閃爍體材料的發光特性。
下圖為任晶教授團隊所使用快色视频软件公司的熒光快色视频污下载污儀及相關設備，主要用於新型光電材料與器件的研究。
閃爍體性能測試係統 X射線成像係統
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