Y3+ 共掺杂调控CaF2 :Eu2+ 透明陶瓷的微结构与闪烁性能：突破浓度猝灭效应的高分辨率闪烁体研究

　　为克服Eu2+ 掺杂CaF2 陶瓷的浓度猝灭效应与能量迁移问题，研究人员通过热压烧结法制备Y3+ 共掺杂CaF2 :Eu2+ 透明陶瓷，发现Y3+ 可显著减小晶粒尺寸至0.2-0.4 μm，提升425 nm处透光率达46.3%，并增强422 nm处5d-4f跃迁发射，同时抑制550-650 nm的Eu3+ 4f-4f发射，最终实现38.2%@662 keV的优异能量分辨率，为医用X射线探测及暗物质研究提供新型材料。

　　

在核物理与医学影像领域，闪烁材料如同“能量翻译官”，能将高能射线转化为可见光。然而传统晶体如CsI:Tl、LYSO虽性能优异，却面临制备成本高、余辉严重等瓶颈。透明陶瓷因其可规模化生产、成本低廉等优势成为新宠，但如何克服稀土离子掺杂导致的浓度猝灭效应（concentration quenching）和能量迁移（energy migration）仍是难题。以CaF₂
为例，其立方晶系结构和低声子能量（322 cm^-1
）虽适合Eu²⁺
掺杂，但Eu²⁺
的4f⁶
5d¹
→4f⁷
跃迁易因离子聚集引发能量损耗。此前Sun等学者发现Y³⁺
可阻断Nd³⁺
团簇，这为破解Eu²⁺
的困局提供了灵感。

广西科技大学团队在《Journal of Luminescence》发表研究，首次通过共沉淀-热压烧结法制备Y³⁺
共掺杂CaF₂
:0.04 at.% Eu²⁺
透明陶瓷。关键技术包括：1）高纯前驱体溶液共沉淀合成纳米颗粒；2）惰性气氛下热压烧结成型；3）同步辐射XRD精修分析微观结构；4）光致发光（PL）和X射线激发发射光谱表征光学性能。

【材料与方法】
采用Ca(NO₃
)₂
·4H₂
O、EuCl₂
等原料制备纳米粉体，XRD证实产物为纯相CaF₂
（PDF#35-0816），无Y³⁺
相关杂相。

【结果与讨论】

1. 微观结构：Y³⁺
   使陶瓷晶粒从2 μm锐减至0.2-0.4 μm，但纳米颗粒尺寸不变，表明Y³⁺
   通过抑制烧结过程中晶界迁移实现细化。
2. 光学性能：Y³⁺
   共掺杂样品在425 nm透光率提升至46.3%，PL光谱显示422 nm处Eu²⁺
   的5d-4f发射增强，而550-650 nm的Eu³⁺
   特征峰减弱，证实Y³⁺
   抑制了Eu²⁺
   →Eu³⁺
   氧化。
3. 闪烁性能：首次报道CaF₂
   :Eu,Y陶瓷38.2%@662 keV的能量分辨率，归因于Y³⁺
   阻断[Eu²⁺
   -Eu²⁺
   ]能量迁移通道，形成[Eu²⁺
   -Y³⁺
   -Eu²⁺
   ]缓冲结构。

该研究突破性地通过Y³⁺
“隔离”策略优化Eu²⁺
局域环境，不仅为暗物质探测（WIMP轴向耦合增强效应）提供新型氟化物闪烁体，更开创了稀土离子团簇调控的普适性方法。通讯作者Yu Yang团队指出，该材料体系在X-CT探测器、中子探测等领域具应用潜力，未来可通过优化Y³⁺
浓度进一步提升光输出。