寧波材料所在透明陶瓷研發(fā)及應用方面取得系列進展

　　釓鎵鋁石榴石（GGAG）是一類新型的氧化物閃爍材料，由于具有高密度、快衰減、高光產(chǎn)額、短余輝以及環(huán)境友好等特點，極有可能繼HiLight、GOS以及Gemstone之后，成為新一款醫(yī)療CT探測器材料。此外，GGAG相對于CsI(Tl)、CdWO4等閃爍晶體，其衰減速度、抗輻照損傷、環(huán)保完全性與可加工性等具有明顯優(yōu)勢，在安檢CT中也展現(xiàn)出良好的應用前景。中國科學院寧波材料技術與工程研究所光電功能材料與器件團隊通過四年研發(fā)，基本解決了多組分精確調(diào)控、離子摻雜與性能改善、高精度陣列加工等關鍵科技問題。相關基礎研究結果發(fā)表于《美國陶瓷學會雜志》、《歐洲陶瓷學會雜志》等學術期刊（J. Am. Ceram . Soc., 2015, 98, 2352-2356；J. Euro. Ceram . Soc., 2015, 35, 3879-3883；J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 24558-24563；Ceram. Int., 2015, 41, 873-876；2015, 41, 11598-11604）。該團隊所制備的GGAG閃爍陶瓷，其關鍵性能指標已經(jīng)達到甚至部分超過國際同類主流商用產(chǎn)品，目前正在推進產(chǎn)業(yè)化進程。

　　此外，該研究團隊基于閃爍陶瓷的傳統(tǒng)制備技術，通過創(chuàng)新結構設計，積極探究該體系粉體、陶瓷的功能優(yōu)化及其應用領域拓展。近期，采用在均相沉淀體系中引入第二相的方法，成功制備了具有核殼結構的粉體，并在相應的殼層安置不同的激活離子，使得單一顆粒具有完全分立的發(fā)光中心，由此實現(xiàn)激活離子在基質(zhì)材料中的晶體場環(huán)境可設計、光譜輸出頻段的寬范圍可調(diào)節(jié)，這對于發(fā)光材料研究中光子能量裁剪以及提高整體發(fā)光效率具有重要意義。相關工作發(fā)表于JMCC，并被選作該雜志的當期封面文章（J. Mater. Chem. C, 2016, 4, 244-247）。

　　另一方面，研究團隊采用陶瓷低溫共燒技術，設計制備了具有疊層結構的閃爍陶瓷，有望實現(xiàn)其X射線阻止能力與輸出波段的協(xié)同調(diào)控，這對于滿足高低能瞬切探測應用需求以及提高探測材料與感光元件的匹配性具有重要意義（J. Eur. Ceram. Soc., 2016, 36, 2587-2591）。

　　研究團隊還嘗試通過Yb3+離子摻雜，大大改善GGAG晶體結構的穩(wěn)定性，這有利于提高陶瓷的透過率。綜合Yb3+/Ce3+離子共摻GGAG陶瓷的激發(fā)-發(fā)射譜以及熒光衰減曲線，發(fā)現(xiàn)該材料體系中存在較強的Ce3+→Yb3+能量傳遞過程，可將Ce3+離子在300-500 nm紫外-可見光區(qū)域吸收的光轉(zhuǎn)換為Yb3+離子在950-1100 nm近紅外發(fā)射。這使得Yb3+/Ce3+共摻的GGAG透明陶瓷作為光譜修飾材料，在提高結晶硅太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率中展現(xiàn)出潛在的應用前景（Inorg. Chem., 2016, 55, 3040-3046）。

　　同時，通過調(diào)節(jié)GGAG制備工藝與化學配比，可與藍光芯片激發(fā)波長更好匹配。該熒光陶瓷封裝后，其顯色指數(shù)約為85，色溫約為5200K。在此基礎上，該團隊將向大功率LED熒光陶瓷、激光陶瓷等領域拓展，不斷完善其光功能透明陶瓷研究方向。

　　上述工作得到了國家自然科學基金（11404351，51402317，51502308）、浙江省公益技術項目（2015C33104，2016C31028）、寧波市3315創(chuàng)新團隊等大力支持。