Eu2+掺杂Cs2BaBr4晶体的生长和闪烁性能研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0103

摘要/Abstract

摘要： 采用坩埚下降法成功生长出Cs₂BaBr₄:x% Eu²⁺（x=1、2、4、8）晶体。通过X射线粉末衍射和热重测试进行物相分析，结果表明晶体为一致熔融物，随着Eu²⁺浓度的增加，衍射峰向小角度偏移。测试了晶体的光学透射率、光致发光、X射线激发发光和衰减时间等光学和闪烁性能，并对比分析了晶体与Rb₂BaBr₄、LaBr₃晶体的吸湿性，结果表明，不同浓度掺杂的晶体均具有良好的光学透过率，其中Cs₂BaBr₄:2% Eu²⁺晶体的光学透过率高达87.5%；在紫外光和X射线激发下，晶体在425~445 nm有尖锐发射峰；紫外激发时，不同掺杂浓度晶体的衰减时间有所不同，Eu²⁺掺杂浓度为1%、2%、4%和8%的Cs₂BaBr₄晶体所对应的衰减时间分别为2.10、1.57、2.19和2.76 μs。此外，Cs₂BaBr₄晶体具有较低的吸湿性。

关键词: Cs₂BaBr₄晶体; 闪烁晶体; 坩埚下降法; 闪烁性能; 光致发光; X射线激发发光; 衰减时间; 吸湿性

Abstract: Cs₂BaBr₄:x% Eu²⁺（x=1， 2， 4， 8） crystals were successfully grown by Bridgman method. Phase analysis was performed by X-ray powder diffraction and thermogravimetric testing.The results indicate that the crystals are congruently melting compounds. As the concentration of Eu²⁺ increases， the diffraction peaks shift toward smaller angles. The optical and scintillation properties of the crystals were investigated by measuring the optical transmittance， photo luminescence， X-ray induced luminescence and decay time. And a comparative analysis of the hygroscopicity of the crystal with Rb₂BaBr₄ and LaBr₃ crystals was conducted. The results reveal that crystals doped with different concentrations all exhibit good optical transmittance， and the optical transmittance of Cs₂BaBr₄:2% Eu²⁺ crystal is up to 87.5%. Under the excitation of ultraviolet light and X-rays， these crystals exhibit an emission peak in the range of 425~445 nm. Under ultraviolet excitation， the decay time of crystals with different doping concentrations is 2.10， 1.57， 2.19， and 2.76 μs， respectively. Cs₂BaBr₄:2% Eu²⁺ crystal exhibits the best scintillation performance. In addition， Cs₂BaBr₄ crystals exhibit low hygroscopicity.

Key words: Cs₂BaBr₄ crystal; scintillation crystal; Bridgman method; scintillation property; photo luminescence; X-ray induced luminescence; decay time; hygroscopicity

中图分类号:

O734

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图/表 10

图1 Cs2BaBr4:x%Eu2+多晶粉末的XRD图谱

Fig.1 XRD patterns of Cs2BaBr4:x%Eu2+ polycrystal powder

图2 Cs2BaBr4:Eu2+晶体的TG-DTA曲线

Fig.2 TG-DTA curves of Cs2BaBr4:Eu2+ crystal

图3 晶体照片。（a）Cs2BaBr4:2%Eu2+；（b）切割、抛光后的Cs2BaBr4:x%Eu2+晶体

Fig.3 Photographs of crystal. （a） Cs2BaBr4:2%Eu2+；（b） Cs2BaBr4:x%Eu2+ crystals after cut and polished

图4 （a）厚度为2 mm的Cs2BaBr4:x%Eu2+单晶的光学透过率；（b）Cs2BaBr4:xEu2+晶体间隙带隙Tauc曲线

Fig.4 （a） Optical transmission curves of Cs2BaBr4:x%Eu2+ single crystals with a thickness of 2 mm；（b） Tauc plots for calculation of indirect energy band gap of Cs2BaBr4:xEu2+ single crystals

图5 Cs2BaBr4:x%Eu2+晶体的光学性能。（a）激发光谱；（b）x=2样品的激发和发射光谱；（c）发射光谱

Fig.5 Optical properties of Cs2BaBr4:x%Eu2+ crystals. （a） Excitation spectra；（b） excitation and emission spectra of x=2 sample；（c） emission spectra

图6 发射峰和激发峰强度与Eu2+浓度变化的关系

Fig.6 Relationship between the intensity of excitation peak and emission peak and the change of Eu2+ concentration

图7 Cs2BaBr4：x%Eu2+晶体的光致衰减曲线

Fig.7 Fluorescence decay curves of Cs2BaBr4：x%Eu2+ crystals

图8 Cs2BaBr4:x%Eu2+晶体（a）与CdWO4和Cs2BaBr4:2%Eu2+晶体（b）的X射线激发发射光谱

Fig.8 X-ray stimulated luminescence spectra of Cs2BaBr4:x%Eu2+ crystals （a） and CdWO4， Cs2BaBr4:2%Eu crystals （b）

图9 Cs2BaBr4、Rb2BaBr4和LaBr3晶体吸湿性对比图

Fig.9 Hygroscopic nature of Cs2BaBr4， Rb2BaBr4 and LaBr3 crystals

图10 暴露于空气中的Cs2BaBr4粉末

Fig.10 Cs2BaBr4 powder exposed to air

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Eu²⁺掺杂Cs₂BaBr₄晶体的生长和闪烁性能研究

Growth and Scintillation Properties of Eu²⁺-Doped Cs₂BaBr₄Crystals

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