面向高性能固体氧化物燃料电池(SOFC)低成本制备及长寿命运行需求, 提出了一种致密氧化铈基隔离层的制备方法。将阳极支撑半电池的Y2O3稳定ZrO2(YSZ)电解质浸没于硝酸钆和硝酸铈水溶液中, 并在180 ℃水热条件下处理36 h, 获得了原位生长的致密Gd2O3掺杂CeO2(GDC)薄膜; 进一步将其与La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ阴极在1 075 ℃共烧结, 得到阳极支撑SOFC单电池。结果表明, 水热原位生长制备的GDC隔离层连续且致密, 组成约为Gd0.044Ce0.956O2-δ, 厚度约为0.23 μm; 阳极支撑单电池在750 ℃的欧姆阻抗约为0.101 Ω·cm2, 相较于传统丝网印刷GDC隔离层单电池降低了约38%, 在室温加湿氢气燃料下的最大功率密度达到了约1.038 W/cm2, 表现出较好的长期运行稳定性。报道的水热原位生长法能满足多构型、多尺寸SOFC致密隔离层薄膜的低成本规模化制备, 具有工业应用前景。

为了对硝酸钆进行高灵敏检测，研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪，微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用，且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强，折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明：当微纳光纤的直径为20 μm时，传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU；对于硝酸钆溶液的质量浓度，该传感器的灵敏度高达0.172 nm/（mg·mL^-1）。此外，该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点，在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。

基于23×23阵列GAGG（Ce）探测器以及行/列读出电路设计并研制了适用于核退役场景的康普顿相机系统，探测器由阵列式掺铈钆铝镓石榴石［GAGG（Ce））耦合硅光电倍增管（Si-PM）而成；开发了基于GPU加速的SOE（subset-driven origin ensemble iteration）算法，用于加速重建过程。完成研制后，评估了探测器及系统性能：探测器性能方面，所研制相机的能量分辨率为6%±0.6%@662 keV（半峰全宽），位置分辨率为2.2 mm，探测器能量线性度良好（线性拟合优度R²=0.991）；成像性能方面，对于活度为1.11×10⁷ Bq的¹³⁷Cs点源，将其放置在成像系统正前方3.4 m处的初步成像时间仅需20 s，成像系统角分辨率为7°@JND（just noticeable difference）。最后针对应用场景进行了模拟，结果表明：本文研制的康普顿相机可在π视场范围内同时对多个放射源进行成像定位，可用于核退役放射性测量过程，减少作业人员受照剂量。

掺铈钆铝镓石榴石(Ce∶GAGG)是一种新型的无机闪烁晶体材料, 在核医学成像、环境辐照剂量监测、空间探测、国土安全及地质勘探等领域有广阔的应用前景。该文总结了Ce∶GAGG闪烁晶体在国内外的最新研究进展, 综述了Ce∶GAGG闪烁体探测器在地基、空基和天基搭载平台上的应用, 最后展望了Ce∶GAGG晶体材料及其应用的发展方向。

通过简单的化学沉淀法制备了纳米前驱体, 结合真空烧结工艺, 制备了一系列镥稳定钆铝石榴石{(Gd, Lu)3Al5O12∶Tb,Eu}透明陶瓷。将透明陶瓷加工成1 mm厚的圆片, 对透明陶瓷样品进行了X射线衍射、光致发光、透过率和衰减时间等表征。高温烧结过后, 陶瓷样品仍保持稳定的石榴石相。选定313 nm作为透明陶瓷的激发波长, 可获得最强的荧光发射。此外, 通过对不同样品进行紫外可见荧光测试, 获得了由绿光到红光的可调节发射。在313 nm激发, 543 nm和591 nm的监测波长下, 透明陶瓷样品均具有Eu3+的毫秒级衰减时间。

共掺杂离子是优化晶体闪烁性能的重要手段之一, 本文采用提拉法生长了GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,0.1%Mg晶体。通过测试硬度、透过率、X射线激发发射(XEL)谱和符合时间分辨率等方法研究了微量MgO掺杂对GAGG∶Ce光学及闪烁性能的影响。 GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,Mg的维氏硬度平均值分别为1 430 kg/mm2和1 420.4 kg/mm2, 表明Mg2+的掺杂几乎没有对GAGG∶Ce的硬度产生影响。 XEL谱结果表明, 共掺杂Mg2+后GAGG∶Ce晶体的发光峰值波长约为540 nm, 但5d1→2F5/2及5d1→2F7/2发射峰红移了12~24 nm, Mg2+的引入可能改变了 Ce3+ 的5d1 激发态向2F5/2 和2F7/2 跃迁几率分布。通过共掺杂Mg2+, 发现尽管光产额由5.8×108 lx/MeV(58 000 ph/MeV)降低为4.15×108 lx/MeV(41 500 ph/MeV), 但GAGG∶Ce,Mg符合时间分辨率得到了显著改善, 达146 ps。此外, 比较不同尺寸样品的光产额, 发现GAGG∶Ce,Mg对闪烁发光的自吸收程度小于GAGG∶Ce。 以上结果表明, 微量MgO掺杂是优化GAGG∶Ce晶体闪烁性能的有效途径。

钆铝石榴石(Gd3Al5O12, GdAG)是性能优异的发光基质材料, 但其在高温煅烧时易发生分解, 导致得到纯相GdAG基发光材料比较困难。近年来, 研究证实通过小半径Ln3+(Ln=Y, Lu, Tb)取代部分Gd3+, 或通过离子半径更大的M3+来取代Al的位置扩大十二面体间隙, 可以稳定GdAG晶格, 得到纯相GdAG基发光材料。本文综述了GdAG基发光材料在晶格稳定化、下转换发光、上转换发光等方面的研究进展, 并探讨了GdAG基单晶、薄膜和陶瓷的制备、性能及其在射线探测和医学成像等领域的应用前景。

使用无水葡萄糖作为有机溶剂, 尿素作为助剂, 采用绿色环保的美拉德法一步合成了纳米钆掺杂的氧化铈晶体(Gd0.2Ce0.8O1.9, GDC)。通过TG/DSC、XRD、Raman spectroscopies、FESEM、in-situ XRD和交流阻抗谱等技术手段对合成的GDC材料进行结构和性能表征。结果表明, 合成的GDC粉末具有单一的立方萤石结构, 在10~50 nm范围内形成尺寸可调、粒径分布窄、结晶度高的纯相纳米颗粒。800 ℃煅烧的粉体经1 550 ℃烧结后可以得到平均晶粒尺寸为3 μm, 晶界数量较少的致密GDC电解质片, 其具有较好的电化学性能和结构稳定性。本文工作表明美拉德法适用于GDC的合成。

为了满足高功率白光发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)对荧光体的高性能要求，对白光LED用CexGd∶YAG单晶荧光材料的制备和光学、电学、热 学特性进行了研究。采用提拉法生长了CexGd∶YAG(x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08)单晶，并借助于X射线衍射(XRD)、吸收光谱、发射光谱等对晶体的光谱特性进 行了表征, 同时也测试分析了相对荧光强度随温度的变化关系、基于不同Ce3+浓度CexGd∶YAG单晶的白光LED性能参数。结果表明CexGd∶YAG单晶在450 nm的 蓝光激发下，产生一个500~650 nm的宽峰发射，在100 ℃高温下，其荧光光强比商用荧光体粉末高出10%。当Ce3+浓度为6%时，采用CexGd∶YAG单晶荧光片的 白光LED光效高达153 lm/W，是Ce∶YAG和树脂荧光材料白光LED的两倍多。CexGd∶YAG单晶荧光片，具有更高更稳定的荧光光强，制作的白光LED光效有明显提 升，有望成为新型的商用荧光体。

用化学共沉淀法一次煅烧工艺制备Ce, Pr∶GAGG粉体, 利用XRD、SEM、荧光光谱仪等对样品表面形貌及发光性能进行表征, 研究煅烧温度、沉淀剂引入草酸根对粉体发光性能的影响。结果表明, 前驱体经950 ℃煅烧3 h后全部转变为GAGG相, Pr3+、Ce3+共掺未改变基质的物相结构; 沉淀剂引入草酸铵后, 粉体发射光谱积分强度由333 573 a.u上升至420 894 a.u, 沉淀剂引入草酸根能提高粉体的发光性能。荧光寿命测试表明, 在Ce∶GAGG中掺入Pr3+可使Ce3+的荧光寿命降低, 衰减时间为35.43 ns。