05.06.2012 В последние годы большой интерес вызывают исследования размерных эффектов оптических и сцинтилляционных свойств полупроводниковых веществ, в том числе и сцинтилляторов. В сцинтилляторах энергия межмолекулярного взаимодействия велика, а электронное возбуждение сцинтилляционных материалов приводит к образованию слабосвязанной электронно-дырочной пары - экситона. Область делокализации экситона может во много раз превосходить период кристаллической решетки сцинтиллятора. Уменьшение кристалла сцинтиллятора до размеров сопоставимых с размером экситона, влияет на его свойства. В ряде работ отмечалось, что для наноразмерных сцинтилляторов характерно смещение максимума интенсивности в высокочастотную область и уменьшение времен высвечивания. Однако эти работы были более ориентированы на исследование эффектов полупроводниковой физики, чем на перспективы создания и применения быстрых сцинтилляционных детекторов.
В последние годы сотрудниками кафедры физической химии совместно с сотрудниками Института физики высоких энергий (г. Протвино) было показано, что деформация сцинтилляционных материалов, в частности галогенидов металлов, и перевод их в наноструктурное состояние приводит к резкому снижению времени высвечивания (Рис. 1). Это явление позволяет повысить эффективность детекторов рентгеновского излучения, в частности для космических исследований.
На основе анализа возможных методов ИПД был сделан вывод о перспективности использования деформированных порошков фторида бария. Для создания наноразмерной структуры сцинтиллятора был выбран метод ИПД, позволяющий сочетать значительную сдвиговую и упруго-пластичную деформацию в процессе приготовления образцов. Известно, что под воздействием сильной деформации исходный монокристалл дробится на мелки кристаллиты, происходит разориентировка блоков кристаллитов, а сдвиговые нагрузки ИПД приводят к образованию зон с большой плотностью линейных и точечных дефектов и значительным напряжениям в самих кристаллитах. Величина блоков кристаллитов получаемых сцинтилляторов зависит от величины деформационного воздействия ИПД обработки.
Исходные образцы представляли собой монокристаллы фторида бария. На первом этапе монокристаллы фторида бария методами ИПД приводились до состояния порошка. Средняя дисперсность порошков составляла 10-50 мкм. Контроль размеров порошка и блоков кристаллитов порошинок осуществлялся с помощью оптического микроскопа и рентгенофазового анализа. Средний размер кристаллитов порошинок составлял 3-15 мкм. Следующим этапом ИПД обработки было прессования полученного порошка при высоких давлениях. Дополнительное сухое прессование деформированного порошка сцинтиллятора приводит к возникновению новых напряжений в кристаллитах, накоплению дефектов и возникновению новых границ зерен, что соответствует уменьшению кристаллитов порошинок. Кроме того, прессование приводит к компактированию порошка, что придает достаточную прочность и прозрачность образцам необходимую для проведения измерения сцинтилляционных свойств. Из полученного порошка готовились одинаковые навески, которые подвергались прессованию при различных давлениях. Навески готовились таким образом, чтобы в процессе прессования, получались образцы диаметром 12 мм и толщиной 1 – 2 мм, удобные для проведения исследования сцинтилляционных свойств.
Была разработана методика получения после ИПД обработки прозрачных компактированных материалов с высокой прозрачностью и малым временем высвечивания. (Рис. 2)
 

 
Рис1. Спектр высвечивания (время высвечивания монокристалла BaF 2 равно 650 нс)
    
 
Рис. 2 Внешний вид компактированного образца из фторида бария с высокой прозрачностью.
Исследование временных характеристик в широком диапазоне микродеформаций у всех ИПД сцинтилляторов фторида бария обнаружено снижение времени высвечивания при сцинтилляции.
Низкие времена высвечивания, характерные для всех ИПД образцов, обусловлены малыми длинами свободного пробега экситона, из-за высокой плотности дефектов кристаллической решетки, которые вызваны высокими деформационными напряжениями. Снижение времени сцинтилляции в значительной степени обусловлено влиянием дефектов решетки и аннигиляцией на них экситонов. В этой связи одним из наиболее важных вопросов является вопрос о влиянии размеров кристаллов на сцинтилляционные свойства материала.

Для решения этой задачи была поставлена работа по разработке методики получения частиц фторида бария в наноразмерном состоянии. Одним из методов получения наноразмерных частиц ранее нами был разработан метод пропитки пористых носителей. Для направленного формирования малых частиц фторида бария в качестве пористого носителя была выбрана лавсановая пленка, обеспечивающей гибкость и высокую прочность полученных образцов. Выбор такого пористого носителя был обусловлен еще и тем обстоятельством, что для целого ряда применений сцинтилляционных материалов (например, для медицинской техники) более удобным является использование гибких сцинтилляторов. Данная методика заключалась в последовательной пропитке пористого материала в растворах BaCl2 и NaF, что обеспечивало формирование частиц в порах носителя со степенью заполнения до 95%. (Рис.3)

 
Рис. 3. Пористая лавсановая пленка с наночастицами фторида бария.

Возврат к списку


Наши проекты

Последние комментарии



Яндекс.Метрика