陳萬(wàn)平，周阿紅

(懷化學(xué)院1.化學(xué)與化學(xué)工程系;2.稀土光電功能材料與器件懷化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;湖南 懷化 418008)

1 引言

一些材料吸收了紫外光、紅外光、電子束或X射線等形式的能量后，能將其以可見(jiàn)光的形式釋放出來(lái)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為發(fā)光.這些具有發(fā)光性質(zhì)的材料稱(chēng)為發(fā)光材料，俗稱(chēng)熒光粉.其中，可以有效地將X射線、α射線)、β射線(負(fù)電子e-或正電子e+)、γ射線或中子(11H)等高能電離輻射轉(zhuǎn)變成低能的紫外-可見(jiàn)光的熒光粉稱(chēng)作X射線熒光粉或者閃爍體.這兩種稱(chēng)謂可以互換使用，不過(guò)也有學(xué)者把以多晶粉末形式存在的熒光粉稱(chēng)作X射線熒光粉，而以單晶形式存在的稱(chēng)作閃爍體[1].除了多晶粉末和單晶以外，還有以陶瓷或玻璃形式存在的X射線熒光粉.本文主要針對(duì)以多晶粉末和單晶體形式存在的無(wú)機(jī)X射線熒光粉進(jìn)行論述.

2 X射線熒光粉的研究進(jìn)展

根據(jù)是否被摻雜激活劑，X射線熒光粉分為本征發(fā)光和摻雜發(fā)光兩種類(lèi)型.本征發(fā)光的X射線熒光粉常見(jiàn)的有CdWO4、BaF2和Bi4Ge3O12等.摻雜發(fā)光的X射線熒光粉需要摻雜一定數(shù)量的(稀土)發(fā)光離子，通過(guò)摻雜的發(fā)光離子捕獲熒光粉中的電子-空穴對(duì)(激子)，使發(fā)光離子激發(fā)而得到強(qiáng)的可見(jiàn)光發(fā)射.用來(lái)進(jìn)行摻雜的基質(zhì)材料的種類(lèi)有很多，主要是鹵化物、硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽等無(wú)機(jī)化合物，相應(yīng)的X射線熒光粉具有不錯(cuò)的閃爍發(fā)光性能[2，3].

2.1 鹵化物熒光粉

以鹵化物為基質(zhì)的X射線熒光粉的數(shù)量有很多，它們中大多數(shù)屬于堿金屬鹵化物和稀土元素鹵化物.鹵化物X射線熒光粉的發(fā)光性能比較好，特別是它們的光產(chǎn)額相對(duì)較高，例如CsI:Tl+、NaI:Tl+和LaCl3:Ce3+的光產(chǎn)額分別達(dá)到66000、62000和49000 ph/MeV.

在鹵化物熒光粉中，摻雜Ce3+的鹵化物熒光粉研究得比較多，特別是稀土鹵化物如LaCl3:Ce3+、LaBr3:Ce3+、LaI3:Ce3+和LuI3:Ce3+等.這些稀土鹵化物熒光粉基本上都具有高的光產(chǎn)額、好的分辨率和短的熒光壽命等特點(diǎn)，其中LuI3:Ce3+的光產(chǎn)額最高，達(dá)到95000 ph/MeV，而LaBr3:Ce3+被認(rèn)為對(duì)于γ射線(662 keV，137Cs)具有迄今為止最佳的能量分辨率2.9%[4].但是，對(duì)于稀土鹵化物熒光粉來(lái)說(shuō)，一個(gè)明顯的不足是它們都具有一定的吸濕性[5].K.W.Kramer等人對(duì)Ce3+摻雜的LaCl3、LaBr3和LuI3等稀土鹵化物熒光粉的閃爍發(fā)光性能做了總結(jié)和評(píng)價(jià)，并對(duì)Ce3+摻雜的K2LaCl5、K2LaBr5和K2LaI5等新型鹵化物熒光粉等進(jìn)行了研究[6].鹵化物基X射線熒光粉中含銫的鹵化物熒光粉的數(shù)目相對(duì)較多，除了那些組成較為簡(jiǎn)單的經(jīng)典的熒光粉如CsI、CsF、CsI:Tl+、CsI:Na+以外，還有一些組成相對(duì)復(fù)雜的新型熒光粉也具有良好的發(fā)光性能.例如CsCaCl3:Eu2+和CsCaI3:Eu2+被認(rèn)為在低能的γ射線探測(cè)方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值，它們的光產(chǎn)額可分別達(dá)到18000和38500 ph/MeV[7].當(dāng)改變這類(lèi)熒光粉中的堿土金屬陽(yáng)離子或者鹵族元素種類(lèi)時(shí)，也可以得到新的性能較好的發(fā)光材料，如CsSrCl3:Eu2+與CsSrBr3:Eu2+的光產(chǎn)額可分別達(dá)到33400和31300 ph/MeV[8]，而CsSrI3:Eu2+的光產(chǎn)額可達(dá)33000 ph/MeV[9].在γ射線激發(fā)下，組 成為CsBa2I5:Eu2的新型藍(lán)色熒光粉(430 nm)的光產(chǎn)額可高達(dá)80000 ph/MeV，能量分辨率為2.3%[10].組成更復(fù)雜一點(diǎn)的Cs2LiLuBr6:Ce3+熒光粉的光產(chǎn)額也可達(dá)到CsI:Tl+光產(chǎn)額的46%[11].此外，有人報(bào)道LuLiF4:Ce3+在γ射線激發(fā)下的光產(chǎn)額為3500 ±400 ph/MeV，其對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換效率為9.7%，衰減時(shí)間約為70 ns[12].有人報(bào)道在LiSrAlF6摻雜一定濃度的Ce3+和Eu2+時(shí)，所得X射線熒光粉在中子(252Cf)激發(fā)下可分別得到2860和24000 ph/neutron的光產(chǎn)額，其熒光衰減時(shí)間分別為19和1610 ns[13].近年來(lái)，關(guān)于SrI2:Eu2+的研究更是成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)，因?yàn)樗cLaBr3:Ce3+一樣具有優(yōu)異的閃爍發(fā)光性能，其光產(chǎn)額高達(dá)100000-120000 ph/MeV，能量分辨率優(yōu)于3%(662 keV，γ射線)[14].

2.2 硅酸鹽熒光粉

以硅酸鹽為基質(zhì)的X射線熒光粉主要有稀土正硅酸鹽和焦硅酸鹽兩種類(lèi)型，例如 Y2SiO5:Ce3+(YSO)、Lu2SiO5:Ce3+(LSO)、Gd2SiO5:Ce3+(GSO)、Y2Si2O7:Ce3+(YPS)和Lu2Si2O7:Ce3+(LPS).這些硅酸鹽熒光粉具有衰減時(shí)間短和光產(chǎn)額高的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種優(yōu)異的γ射線探測(cè)用熒光粉[15].其中Lu2Si2O7:Ce3+的光產(chǎn)額相對(duì)來(lái)說(shuō)是最高的(30000 ph/MeV)，并且熒光壽命比較短(38 ns)，因而在正電子發(fā)射斷層成像和油井勘探方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[16].正硅酸鹽是一種具有P21/c 或C2/c 對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的單斜晶系化合物，前者如Gd2SiO5，后者如Lu2SiO5和Y2SiO5，這種結(jié)構(gòu)有利于通過(guò)稀土離子的彼此取代形成多組分的固溶體結(jié)構(gòu)而得到新型的X射線熒光粉，例如Lu2xY2-2xSiO5(LYSO)，Lu2xGd2-2xSiO5(LGSO)和Gd2xY2-2xSiO5(GYSO)，這種多組分固溶體結(jié)構(gòu)不僅可以降低熒光粉制備時(shí)的反應(yīng)溫度，還可以降低原材料的購(gòu)置成本[17].此外，其它類(lèi)型的硅酸鹽熒光粉也可能具有不錯(cuò)的發(fā)光性能，例如X.Ding 等人報(bào)道了Ba3MgSi2O8:xCe3+在X射線激發(fā)下的發(fā)光性質(zhì)，其發(fā)射帶處于320-370 nm之間，其最大光產(chǎn)額值可達(dá)到19400 ph/MeV[18].

2.3 鋁酸鹽熒光粉

以鋁酸鹽為基質(zhì)的X射線熒光粉主要有石榴石型和鈣鈦礦型兩種類(lèi)型，石榴石型鋁酸鹽如Y3Al5O12:Ce3+和Lu3Al5O12:Ce3+，鈣鈦礦型鋁酸鹽如YAlO3:Ce3+和LuAlO3:Ce3+.這四種熒光粉中Lu3Al5O12:Ce3+的光產(chǎn)額相對(duì)低一些，只有5600 ph/MeV，而YAlO3:Ce3+的光產(chǎn)額相對(duì)較高，可達(dá)到17000 ph/MeV.不過(guò)也有人報(bào)道Lu3Al5O12:Ce3+的光產(chǎn)額可達(dá)12000-14000 ph/MeV[19].對(duì)于石榴石型X射線熒光粉來(lái)說(shuō)，可以利用Ga3+來(lái)部分取代Al3+，達(dá)到有效改善熒光粉發(fā)光性能的目的.例如在Gd3Al5O12:Ce3+中，隨著Ga3+的含量的增加，晶體場(chǎng)強(qiáng)度和能帶寬帶逐漸降低，在系列Ga3+取代熒光粉中，當(dāng)40%的Al3+被Ga3+取代時(shí)，所得熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度最高[20].同時(shí)，也可以通過(guò)摻雜其它稀土離子構(gòu)成多組分結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控?zé)晒夥鄣陌l(fā)光性能，例如通過(guò)調(diào)整(Lu，Gd)3(Ga，Al)5O12:Ce3+和(Y，Gd)3(Ga，Al)5O12:Ce3+的組成，它們的光產(chǎn)額可達(dá)到40000 ph/MeV[21，22]，而調(diào)控(Lu，Y，Gd)3Al2Ga3O12:Ce3+的組成，所得的最優(yōu)產(chǎn)物的光產(chǎn)額可達(dá)到50600 ph/MeV[23].最近，M.Nikl 等人對(duì)以Lu3Al5O12為基質(zhì)的閃爍材料的研究工作進(jìn)行了總結(jié)分析，包括改變基質(zhì)的組分、閃爍發(fā)光機(jī)理、能量的轉(zhuǎn)移和捕獲、缺陷的影響以及各種激活劑如Ce3+、Pr3+、Yb3+和Sc3+等的摻雜[24].

2.4 硼酸鹽熒光粉

以硼酸鹽為基質(zhì)的X射線熒光粉主要有YBO3:Ce3+、GdBO3:Ce3+、LuBO3:Ce3+、Li6YB3O9:Ce3+、LuBa3B9O12:Ce3+和LuBa3B3O9:Ce3+等.某些X射線熒光粉因?yàn)橹苽浞椒ǖ牟煌?，或者測(cè)試方法的不同，在不同文獻(xiàn)中它們的光產(chǎn)額并不完全相同.例如LuBO3:Ce3+的光產(chǎn)額有人報(bào)道在10000 ph/MeV 左右[3];而也有人報(bào)道它的光產(chǎn)額隨Ce3+濃度的增加而增加，當(dāng)摻雜量為0.5%時(shí)，其光產(chǎn)額可達(dá)27000 ph/MeV[25].當(dāng)用Sc3+部分取代LuBO3:Ce3+中的Lu3+時(shí)，可有效地調(diào)節(jié)其發(fā)光顏色、衰減時(shí)間以及密度大小[26].在γ射線激發(fā)下，LuScBO3:Ce3+的光產(chǎn)額為4200 ±400 ph/MeV[27].當(dāng)在LuBO3中分別摻雜Eu3+和Tb3+時(shí)，X射線激發(fā)下，它們的光產(chǎn)額分別為8923和4398 ph/MeV[28].在新型的硼酸鹽材料中，Li6Lu (BO3)3:Ce3+被認(rèn)為是一種潛在的可用于中子探測(cè)的快衰減X射線熒光粉，其衰減時(shí)間約為38 ns[29].Sr2Mg (BO3)2:Ce3+、Sr2Mg (BO3)2:Pr3+和Ba3Gd (BO3)3:Ce3+的閃爍發(fā)光性質(zhì)也有所報(bào)道，不過(guò)X射線激發(fā)下它們的光產(chǎn)額太低，不適合作為X射線熒光粉[30，31].作為一種本征發(fā)光材料，CaB2O4具有良好的透明性，在190-900 nm之間不存在基質(zhì)吸收，Y.Fujimoto 等人報(bào)道在中子(252Cf)的激發(fā)下，CaB2O4的本征發(fā)射峰處于300-400 nm 范圍內(nèi)，光產(chǎn)額為～3200 ph/neutron[32].

2.5 磷酸鹽熒光粉

優(yōu)異的磷酸鹽X射線熒光粉的數(shù)量相對(duì)較少，其中光產(chǎn)額相對(duì)較高的有LuPO4:Ce3+和K3LuP2O8:Ce3+，分別為17000和40000 ph/MeV.不過(guò)，最近報(bào)道的一些新型磷酸鹽X射線熒光粉也表現(xiàn)出了不錯(cuò)的閃爍發(fā)光性能.例如，在J.Zhong 等人的報(bào)道中，X射線激發(fā)下NaGd (PO3)4:Ce3+的發(fā)射帶處于300-350 nm之間，其光產(chǎn)額可達(dá)21000 ph/MeV[33].他們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，改變?cè)摕晒夥壑袎A金屬陽(yáng)離子種類(lèi)時(shí)，隨著堿金屬陽(yáng)離子半徑的增大，Ce3+的雙峰發(fā)射產(chǎn)生紅移，而光產(chǎn)額逐漸增加，系列產(chǎn)物中CsGd (PO3)4:0.01Ce3+的光產(chǎn)額最高，達(dá)到24400 ph/MeV[34];當(dāng)該化合物中的Gd3+被Pr3+取代時(shí)，其光產(chǎn)額只有5000 ph/MeV[35].而一類(lèi)含镥的堿金屬磷酸鹽則被認(rèn)為是一種新型的X射線和γ射線探測(cè)用X射線熒光粉，其中K3Lu (PO4)2:0.01Ce3+的光產(chǎn)額可以達(dá)到26500 ph/MeV[36].進(jìn)一步改變熒光粉中堿金屬離子的種類(lèi)時(shí)，所得到的系列熒光粉在X射線激發(fā)下其光產(chǎn)額發(fā)生明顯變化，其中Li3Lu (PO4)2:Ce3+、Rb3Lu (PO4)2:Ce3+和Cs3Lu (PO4)2:Ce3+的光產(chǎn)額分別為5300、14800和13500 ph/MeV[37].此外，一些非鑭系磷酸鹽熒光粉同樣也顯示了不錯(cuò)的閃爍發(fā)光性能，例如在NaCaPO4中摻雜Ce3+，并用Na+作為電荷補(bǔ)償劑時(shí)，X射線激發(fā)下它的光產(chǎn)額為6500 ph/MeV[38];Ba3BP3O12:Eu2+的發(fā)射帶處于400-650 nm之間，其光產(chǎn)額與Bi4Ge3O12的光產(chǎn)額接近[39];而在關(guān)于Ce3+摻雜的AREP2O7(A=Na，K，Rb，Cs;RE=Y，Lu)的研究中，J.Yuan 等人發(fā)現(xiàn)該系列熒光粉具有較短的衰減時(shí)間(20-28 ns)和較高的光產(chǎn)額(Bi4Ge3O12的1-2倍)，并且它們的發(fā)光顏色處于藍(lán)紫光區(qū)，被認(rèn)為是一種潛在的X射線熒光粉[40].

3 X射線熒光粉的研究展望

3.1 已有X射線熒光粉的性能調(diào)控

基于已有X射線熒光粉的某些局限性，通過(guò)各種手段對(duì)已有熒光粉的發(fā)光性能的調(diào)控一直吸引著許多人的興趣.例如，通過(guò)研究Li+、Na+、Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+對(duì) LaBr3:Ce3+發(fā)光性質(zhì)的影響，M.S.Alekhin 等人發(fā)現(xiàn)LaBr3:Ce3+的閃爍發(fā)光性能可以得到明顯的改善，當(dāng)摻雜上述離子后，所得產(chǎn)物的光產(chǎn)額都高于標(biāo)準(zhǔn)LaBr3:Ce3+的光產(chǎn)額(76000 ph/MeV)，并且Na+、Ca2+和Sr2+摻雜以后熒光粉的能量分辨率也得到了一定的改善[41].基于熒光粉基質(zhì)的組成考慮，利用不發(fā)光鑭系離子的相互替代來(lái)調(diào)控?zé)晒夥鄣陌l(fā)光性能是一種常用的手段.例如O.Sidletskiy 等人利用Lu3+部分取代Gd3+來(lái)制備Lu2xGd2-2xSiO5:Ce3+熒光粉，當(dāng)x=0.6 時(shí)，熒光粉的光產(chǎn)額達(dá)到最大值29000 ph/MeV，并且能量分別率也得到了進(jìn)一步改善[42].對(duì)于基質(zhì)中含有堿土金屬陽(yáng)離子的熒光粉來(lái)說(shuō)，堿土金屬陽(yáng)離子之間的相互替代同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光粉發(fā)光性能的調(diào)控.例如CsSrI3:Eu2+具有較高的光產(chǎn)額(33000 ph/MeV)，但其明顯的不足是具有嚴(yán)重的吸濕性.H.Wei 等人用Ba2+對(duì)Sr2+的部分替代，改善了CsSrI3:Eu2+的吸濕性，并且同時(shí)提高了熒光粉的密度和它對(duì)X射線和γ射線的探測(cè)效率.不過(guò)由于Ba2+和Sr2+離子半徑的差異導(dǎo)致熒光粉的光產(chǎn)額稍有降低，在Ba2+的含量處于3%到24%之間時(shí)，γ射線激發(fā)下其相應(yīng)熒光粉的光產(chǎn)額降到了22000-28000 ph/MeV之間[9].然而當(dāng)Sr2+全部被替換成Ca2+時(shí)，所得熒光粉CsCaI3:Eu2+的光產(chǎn)額可達(dá)到38500 ph/MeV[7].此外，利用制備方法差異對(duì)產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響，也可以在一定程度上改變熒光粉的發(fā)光性能.例如Z.Marton 等人利用物理氣相沉積法制備Lu2O3:Eu3+以達(dá)到改善其閃爍發(fā)光性能的目的[43];C.Mansuy等利用溶膠-凝膠法制備了Lu2SiO5:Ln3+(Ln =Ce，Eu和Tb)熒光粉，X射線激發(fā)下，其相應(yīng)的最佳摻雜濃度樣品Lu2SiO5:0.005Ce3+、Lu2SiO5:0.02Eu3+和Lu2SiO5:0.015Tb3+的光產(chǎn)額分別為19000、3000和13000 ph/MeV[44].

3.2 非Ce3+激活的X射線熒光粉

除了以鈰離子Ce3+作為發(fā)光中心以外，越來(lái)越多的其它稀土離子被用作發(fā)光中心.例如，對(duì)于Eu2+和Pr3+來(lái)說(shuō)，由于它們也具有5 d-4 f 躍遷發(fā)射，利用它們進(jìn)行摻雜時(shí)，也可能獲得強(qiáng)的可見(jiàn)光發(fā)射和比較快的熒光衰減.特別是Pr3+摻雜的X射線熒光粉，被認(rèn)為比鈰離子Ce3+摻雜的X射線熒光粉具有更快的熒光衰減[45].例如，H.Ogino 等人研究發(fā)現(xiàn)，Lu3Al5O12:Pr3+熒光粉的發(fā)射帶處于300-400之間，其光產(chǎn)額可達(dá)Bi4Ge3O12的兩倍，而其熒光衰減時(shí)間只有～20 ns，并且它在440 K的溫度下還可以保持大的發(fā)射強(qiáng)度[46].又如K.Sreebunpeng 等人測(cè)得Lu3Al5O12:Pr3+在γ射線激發(fā)下的光產(chǎn)額為15900 ph/MeV，能量分別率為6.5%[47].而對(duì)于Eu2+摻雜的X射線熒光粉來(lái)說(shuō)，部分熒光粉顯示了很高的光產(chǎn)額和很好的能量分辨率，例 如 SrI2:Eu2+、CsSrI3:Eu2+、BaI2:Eu2+和Ba2CsI5:Eu2+等，關(guān)于它們的研究已成為當(dāng)前X射線熒光粉研究的一個(gè)熱點(diǎn)[9].

隨著探測(cè)需求的不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)的可探測(cè)光譜范圍得到了進(jìn)一步拓展，需要開(kāi)發(fā)出發(fā)射波長(zhǎng)與之相匹配的新型X射線熒光粉，因此越來(lái)越多的具有4 f-4 f躍遷發(fā)射的稀土離子被用作發(fā)光中心.例如C.Duan 等人報(bào)道Eu3+和Tb3+摻雜的Ca4GdO (BO3)3熒光粉可以作為一種潛在的紅色和綠色X射線熒光粉[48].又如Tb3+摻雜到Lu2SiO5中后，所得熒光粉具有高的吸收系數(shù)、高的光產(chǎn)額以及高的能量轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)用于X射線成像可以獲得高的空間分辨率并能有效地減小輻照時(shí)間，被認(rèn)為是一種潛在的X射線熒光粉[49].X射線激發(fā)下，Nd3+、Tm3+和Er3+摻雜的LuF3單晶材料在真空紫外區(qū)體現(xiàn)了快的5 d-4 f 躍遷發(fā)射，它們的發(fā)射帶分別處于180、165和164 nm 處，其中LuF3:Nd3+被認(rèn)為是具有潛在應(yīng)用價(jià)值的X射線熒光粉[50].在X射線激發(fā)下，V.N.Makhov 等人研究發(fā)現(xiàn)，LuPO4:Nd3+和YPO4:Nd3+中Nd3+的5 d-4 f 發(fā)射帶位于～192 nm 處，其中YPO4:Nd3+的光產(chǎn)額與Bi4Ge3O12的光產(chǎn)額接近，是一種潛在的X射線熒光粉[51].當(dāng)Nd3+摻雜到Lu3Al5O12中時(shí)，其光產(chǎn)額是CaWO4的85%，20 ms 后的余輝值是起始值的1.5%，在X射線成像方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[52].當(dāng)Er3+摻雜到Y(jié)3Al5O12單晶中時(shí)，在α射線的激發(fā)下，其光產(chǎn)額約為Bi4Ge3O12的63%[53].作為發(fā)光中心，Pr3+、Nd3+、Eu2+、Ho3+、Er3+和Tm3+等稀土離子的發(fā)射既可能出現(xiàn)在真空紫外區(qū)，也可能出現(xiàn)在紅外區(qū)，因此它們摻雜的X射線熒光粉可以當(dāng)作真空紫外閃爍材料與氣體光電倍增管耦合用于輻射探測(cè)，也可以作為一種近紅外發(fā)射閃爍材料與半導(dǎo)體硅光電二極管耦合用于X射線探測(cè)[50].關(guān)于這些離子摻雜的X射線熒光粉的潛在應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)可以參看由T.Yanagida 最近撰寫(xiě)的綜述[5].

3.3 新基質(zhì)X射線熒光粉的探索

除了對(duì)已有X射線熒光粉進(jìn)行改性研究外，新型基質(zhì)熒光粉的探索一直也是熒光粉的一個(gè)重要研究方向.然而，一種基質(zhì)材料應(yīng)該具有怎樣的組分、物相結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)才有可能使其對(duì)應(yīng)的X射線熒光粉具有優(yōu)異的發(fā)光性能呢?這種組成和結(jié)構(gòu)特征與優(yōu)異的閃爍發(fā)光性能之間是否具有規(guī)律可尋呢?對(duì)于這兩個(gè)方面的探索一直就是很多人的研究興趣所在.例如，早在2000年，M.Balcerzyk 等人就通過(guò)分析28種Ce3+、Tb3+及Eu3+摻雜的X射線熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)X射線熒光粉的光產(chǎn)額主要取決于基質(zhì)金屬離子與配體氧離子之間的鍵長(zhǎng)(R1)、激活離子半徑(Rd)及配體(氧)離子半徑(Ro)，并且預(yù)言要想得到高的光產(chǎn)額則必須使R1-Rd-Ro之值處于-0.1-0之間[54].為了探討X射線熒光粉衰減時(shí)間的影響因素，P.Dorenbos 研究了X射線熒光粉衰減時(shí)間和折射率之間的關(guān)系[55]，而T.Yanagida 等人研究了X射線熒光粉衰減時(shí)間與相應(yīng)發(fā)射波長(zhǎng)之間的關(guān)系，他們認(rèn)為衰減時(shí)間正比于發(fā)射波長(zhǎng)λ的2.15次冪即λ2.15[56].如果僅考慮基質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，K.W.Kramer 等人認(rèn)為，通過(guò)具有較小禁帶寬度的化合物，可以獲得光產(chǎn)額高于95000 ph/MeV的熒光粉;而對(duì)于Ce3+摻雜的熒光粉來(lái)說(shuō)，要想獲得最佳的光產(chǎn)額(＞95000 ph/MeV)，則對(duì)應(yīng)基質(zhì)材料的禁帶寬度必須在3 eV 左右[6].M.D.Birowosuto 等人通過(guò)分析鈰離子Ce3+摻雜的鹵化物X射線熒光粉發(fā)光性質(zhì)，探討了Ce3+發(fā)射波長(zhǎng)、斯托克位移(stokes shift)值與基質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)、陰離子類(lèi)型、陽(yáng)離子配位數(shù)以及晶體禁帶寬度等的內(nèi)在關(guān)系，并且對(duì)決定光產(chǎn)額的一些影響因素進(jìn)行了探討[57].找到影響熒光粉閃爍發(fā)光性能的關(guān)鍵因素以及其中的內(nèi)在規(guī)律，就有可能對(duì)熒光粉的閃爍發(fā)光性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，并能有目的地探索合成新型的X射線熒光粉.例如W.Setyawan 等人就已經(jīng)收集了大量的各種X射線熒光粉基質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，希望通過(guò)分析其內(nèi)在的規(guī)律來(lái)預(yù)測(cè)X射線熒光粉的光產(chǎn)額和非比例閃爍發(fā)光性能，目前他們的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)體現(xiàn)了這種可預(yù)測(cè)性[58].

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