摘要
射线成像技术广泛应用于医学诊断、国家安全和无损检测等领域。随着这些领域的快速发展，对射线成像的性能(比如:成像分辨率、探测效率和快速响应)提出了更高的需求。其中，转换屏是射线成像技术的核心部件，也是成像性能的关键影响因素之一。常用的一类转换屏是荧光转换屏，其主要利用荧光粉作为发光材料应用在射线成像领域。然而，目前作为转换屏所用的荧光粉仍然存在发光性能较低、分辨率不高等缺点。 因此，为了解决上述问题，本论文以提高射线转换屏的空间分辨率和探测效率为目标，深入探索了射线成像材料的形貌、晶型、粒径分布对空间分辨率的影响，进一步研究了粉体的成膜工艺对成像性能的影响，为设计高性能的射线成像材料提供了一种方法。 具体研究内容如下: 1.BaFBr∶Eu2+荧光粉的制备及其在X射线成像的性能研究 采用混合溶剂沉淀法，调控乙醇和水的比例可控制备了射线成像用存储型荧光粉BaFBr∶Eu2+。由于混合溶剂沉淀法制备的纳米颗粒表面缺陷较多，通过退火处理，进一步提高BaFBr∶Eu2+荧光粉的发光性能。调控乙醇和水混合溶剂的比例，获得不同尺寸和形貌的BaFBr∶Eu2+荧光粉。荧光光谱数据表明，对不同尺寸和形貌的荧光粉进行进一步退火，其最佳退火温度具有显著差别。通过调节发光离子Eu2+的掺杂浓度，进一步提高荧光粉的发光性能。综合粉体性能对成像分辨率和探测效率的影响，经探究得到的最佳制备条件为Eu2+掺杂量0.1mol％，退火温度600℃，在此条件下，绝对量子效率为53.19％，荧光寿命为669ns。利用BaFBr∶Eu2+制备得到的成像板，在X射线成像系统中获得了18lp/mm的分辨率，明显优于微米级成像板的分辨率(14lp/mm)，因此，在X射线成像领域具有广阔的应用前景。 2.Gd2O2S∶Tb3+(GOS∶Tb或GOS)闪烁体的制备及其在冷中子成像中的性能研究 本工作通过沉淀法得到Gd2O(CO3)2·H2O∶Tb3+前驱体，在还原气氛下固相煅烧得到GOS∶Tb闪烁体。通过X射线衍射数据表明，成功制备了纯相的GOS∶Tb闪烁体。荧光光谱数据表明，稀土离子掺杂浓度对发光性能有重要的影响，当Tb3+掺杂浓度为4mol％时，荧光强度最佳。为了进一步提高粉体的发光性能，在固相煅烧阶段，引入了F，绝对量子效率可达62.94％，优于目前文献中报道的量子效率(47.3％)。通过旋涂法将粉体制备成4μm厚的冷中子超薄屏，在冷中子成像系统上获得了12μm的解像力，有望进一步提高冷中子成像系统的空间分辨率和探测效率。 3.Gd2O2S∶Tb3+闪烁体掺杂凝胶玻璃的制备及性能研究 凝胶玻璃的制备具有反应条件温和及操作方法简单的优点，在制备功能光学材料方面显示出巨大的潜力。受此启发，将GOS∶Tb闪烁体掺杂到凝胶玻璃中，从而提高闪烁屏的透明性。因此，首次在常温下制备了GOS/凝胶玻璃材料，并研究其在X射线成像系统中的性能。GOS在凝胶玻璃中的掺杂量不同，在X射线下的发光强度也有显著差别，GOS/凝胶玻璃在可见光范围内的透过率为≥55％。并进一步研究了，X射线的电压和电流与GOS/凝胶玻璃的发光强度的关系。结果表明，所制备的GOS/凝胶玻璃在X射线成像系统中获得了10lp/mm的成像分辨率，远高于目前文献中报道的分辨率(3.7lp/mm)。此外，首次报道了GOS/凝胶玻璃的非线性光学性能，展现了其在非线性光电材料和器件方面的潜力。与高温烧结陶瓷法相比，GOS/凝胶玻璃具有成型温度低、制作工艺简便等优势，有望为射线成像器件提供新的制备方案和策略。
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