李江, 丁继扬, 黄新友

无机材料学报 2021, 36 (8): 789-806. DOI:10.15541/jim20200544

摘要（1248）

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稀土离子掺杂Gd₂O₂S闪烁陶瓷是20世纪80年代以后发展的硫氧化物闪烁体。高密度和高热中子吸收截面的Gd₂O₂S基质具有高的X射线和热中子阻止能力, 稀土离子(Pr³⁺、Tb³⁺等)的掺杂使其表现出快衰减或高光产额等特性, 在闪烁领域的应用中占据着重要地位。硫氧化合物的组分控制一直是其合成过程中需要解决的关键问题, Gd₂O₂S材料的高熔点和S元素挥发严重的问题, 限制了高光学质量和优良闪烁性能单晶的制备, 因此陶瓷是Gd₂O₂S闪烁体的主要应用形式。颗粒小、粒径分布窄且低团聚的纯相Gd₂O₂S粉体是高质量闪烁陶瓷烧结的关键, 单纯提高烧结温度制备的Gd₂O₂S闪烁陶瓷会产生大量的硫空位和氧空位, 降低材料的闪烁性能。制备Gd₂O₂S闪烁陶瓷通常需要压力辅助烧结, 这种苛刻的制备条件提高了生产成本。本文介绍了闪烁体的闪烁机理及研究概况, 着重综述了Gd₂O₂S闪烁陶瓷的制备工艺、缺陷的解决方法以及在中子成像和医学X-CT上的研究现状及应用情况, 最后对全文进行总结并对Gd₂O₂S闪烁陶瓷发展前景进行了展望。

硫氧化钆(Gd₂O₂S, 简称GOS)属于六方晶系, a=0.3872 nm, c=0.6694 nm, c/a=1.729, Gd₂O₂S的结构示意图如图3所示。每个氧离子被3个钆离子所包围, 每个硫离子周围存在6个钆离子, 形成了一种稳定的结构; 可看作两个钆离子层夹杂着氧离子层, 再与一层硫离子层连接, 即Gd-O-Gd层与S层交替连接, 整体上呈现一种叠加的层状结构。