科学网—浙江师范大学郭海：用于X射线成像和白光LED的高效蓝青光发射Eu 2+激活氟氧化物玻璃-清华大学出版社学术期刊的博文
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2026-3-27 10:52
| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流
原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊
Cite this article:
Chen J, Mei Y, Lin H, et al. Eu 2+ -actived oxyfluoride glass with highly efficient blue-cyan luminescence for X-ray imaging and white LED applications. Journal of Advanced Ceramics , 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221286
文章 DOI ： 10.26599/JAC.2026.9221286
ResearchGate ： Eu 2+ -actived oxyfluoride glass with highly efficient blue-cyan luminescence for X-ray imaging and white LED applications
1 、导读
应对多功能发光玻璃引用需求，本研究提出选择氟氧化物玻璃为基质、调节光学碱度、引入适当重元素和添加碳粉为还原剂四个策略，以设计具有强 X 射线激发发光 (XEL) 和高效蓝青色光致发光的 Eu 2+ 掺杂玻璃。在闪烁性能方面，最佳样品的 XEL 强度达到了商用 BGO 晶体的 308% ，为目前 Eu 2+ 掺杂玻璃的最高值。 X 射线成像分辨率可达 24 lp/mm 。在光致发光性能方面，最佳样品的外量子效率达到 71.2% ，在 423 K 时发光强度为室温下的 57.7% 。与 400 nm 芯片结合时， Eu 2+ 掺杂玻璃能够有效填补青光间隙。白光 LED 显色指数可以达到 91.8 。该研究为多功能发光玻璃的设计提供了指导原则和设计方法。
2 、研究背景
发光材料是照明、显示、探测等众多领域众多应用领域不可或缺的组成部分。为了满足实际需求，发光材料需要具备发光效率高、成本生产低以及可大规模生产等特点。近年来，稀土离子掺杂的玻璃材料引起了越来越多的关注。玻璃材料具有诸多固有优势，例如出色的结构稳定性、成分可调性以及形状可定制等等。在各种稀土激活剂中， Eu 2+ 离子因其发射颜色可调、衰减时间短且无毒的特性脱颖而出。 Eu 2+ 离子的发光源自 5d-4f 跃迁，这一跃迁符合选择规则，并且极易受到周围晶体场的影响。通过改变晶体场强度， Eu 2+ 的发光颜色可以在可见光范围内从蓝色到红色连续变化。由于这些特性， Eu 2+ 离子掺杂的玻璃材料在先进的光电应用领域具有巨大潜力，例如 X 射线成像和全光谱白光发光二极管。
3 、文章亮点
（ 1 ）通过四种策略设计了具有高发光效率的 Eu 2+ 离子掺杂玻璃。
（ 2 ） X 射线激发发光强度达到 BGO 的 308% ，为 Eu 2+ 离子掺杂玻璃的最高值。
（ 3 ）样品具有高透明度， X 射线成像分辨率可达 24 lp/mm 。
（ 4 ）基于最佳样品的全光谱白光 LED 的显色指数高达 91.8 。
4 、研究结果及结论
Eu 2+ 和碳粉的引入没有改变玻璃结构。加入碳粉后，吸收光谱红移，说明碳粉有效地促进了 Eu 3+ 到 Eu 2+ 的还原。所有样品在 472 nm 处的透过率均高于 80% ，这有利于实现高 X 射线成像分辨率。
图 1 代表性样品的 (a) XRD 和 (b) FTIR 光谱。 (c) SANLB 基质和 SANLB-0.9Eu- y C 以及 (d) SANLB- x Eu-60C 的透射光谱。
通过优化碳粉和 Eu 2+ 浓度，得到最佳样品 SANLB-0.9Ce-60C 。 SANLB-0.9Ce-60C 的内量子效率为 79.7% ，外量子效率为 71.2% ，吸收系数达 89.3% 。 SANLB-0.9Ce-60C 表现出高的热稳定性，在 423 K 时，发光强度为室温下的 57.7% 。
图 2 (a) SANLB-0.9Eu- y C 和 (b) SANLB- x Eu-60C 的 PLE 和 PL 光谱。 (c) SANLB-0.9Eu-60C 的量子效率， (d) 荧光衰减曲线， (e) 温度依赖 PL 光谱和 (f) 对应的归一化激发强度。
SANLB-0.9Ce-60C 对 X 射线的吸收能力与 YAG:Ce 相当。当样品厚度为 2 mm ，样品对 X 射线的衰减效率能达到 99.3% 。通过优化碳粉和 Eu 2+ 的浓度，最佳样品 SANLB-0.9Ce-60C 的 XEL 强度可以达到商用 BGO 晶体的 308% ，为 Eu 2+ 掺杂玻璃中的最高值。
图 3 SANLB-0.9Eu-60C 的 (a-b) X 射线衰减能力。 (c) SANLB-0.9Eu- y C 和 (d) SANLB- x Eu-60C 的 XEL 光谱。 (e) XEL 发光机理图。
SANLB-0.9Ce-60C 表现出优异的耐辐照性能和稳定性。 XEL 强度随辐照时间增加而增强，随后保持不变，且没有出现明显的辐照损伤。在 30 次 X 射线开关循环中 XEL 强度保持稳定。在空气、水和乙醇溶液中浸泡 30 天后， XEL 强度没有出现明显变化。随着 X 射线剂量率的增加， XEL 强度线性增加，拟合度高达 99.99% 。
图 4 SANLB-0.9Eu-60C 的 (a-c) 耐辐照性能， (d) X 射线开关循环稳定性， (e) 空气、水和乙醇中的 XEL 稳定性和 (f) 剂量率依赖曲线。
X 射线成像图片能够清晰反映成像对象内部结构，评估得到的 X 射线成像分辨率可以达到 24 lp/mm 。经过 30 天的水中浸泡后，水下 X 射线成像清晰度和亮度没有发生明显变化。
图 5 (a) 自制 X 射线成像系统示意图。 (b) 芯片， (c) 瓜子和 (d) 标准 X 射线成像分辨率测试卡的实物图和 X 射线成像图。 (e) 计算的 MTF 曲线。 (f-g) 芯片和实物图和长时间 (30 天 ) 水下 X 射线成像图及稳定性。
5 、作者及研究团队简介
郭海（通讯作者） ，浙江师范大学教授，博士生导师。主要研究方向是新型稀土光学功能材料。在 Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Laser Photonics Rev., J. Adv. Ceram., Sci. China Mater., Adv. Opt. Mater. J. Eur. Ceram. Soc., Chem. Eng. J., Sens. Actuators B Chem., Ceram. Int., Opt. Lett., Opt. Express 等刊物上发表第一作者（或者通讯作者） SCI 收录论文 200 篇，被引用 9518 次， H 因子为 54 。主持国基项目 4 项，省基金项目 3 项（含 1 项省重点），获浙江省自然科学奖三等奖（排名第 1 ） 1 项，获重庆市自然科学奖三等奖（排名第 2 ） 1 项。 2015 年开始担任陶瓷类国际著名期刊 J. Am. Ceram. Soc. 副编辑（ Associate Editor ）。担任《中国稀土学报》、《发光学报》青年编辑，中国硅酸盐学会特种玻璃分会理事，中国稀土学会光电材料与器件专业委员会理事等学术兼职。担任国家自然科学基金评审人。出版译著《无机固体光谱学导论》。
作者及研究团队在 Journal of Advanced Ceramics 上发表的相关代表作：
1) He G, Chen J, Li L, et al. Cu + -doped oxyfluoride glass with anti-thermal-quenching luminescence for X-ray imaging and WLED. Journal of Advanced Ceramics , 2025, 14(8): 9221116. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221116
2) Li L, Chen J, He G, et al. Achieving anti-thermal-quenching in Tb 3+ -doped glass scintillators via dual-channel thermally enhanced energy transfer. Journal of Advanced Ceramics , 2026, 15(1): 9221220. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221220
《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2024 年发文量为 174 篇； 2025 年 6 月发布的影响因子为 16.6 ，连续 5 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 33 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。
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