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钙硼氧磷酸盐SmCa4O(BO3)3通过微波辅助溶胶-凝胶燃烧法制备并证实为单相单斜结构，β辐照后热释光主峰经180°C预加热优化为247°C，剂量响应范围1-500Gy无饱和现象，动力学分析显示陷阱激活能1.6-1.8eV，频率因子101?-101?s?1，表明其适合辐射剂量测量应用。
E. Aymila Cin | K. Bulcar | Abeer S. Altowyan | M.B. Coban | U.H. Kaynar | H. Muzaffer Sagban | Jabir Hakami | M. Topaksu | N. Can
土耳其伊兹密尔梅内门（Menemen）巴基尔贾伊大学（Bak?rcay University）自然与应用科学研究生院
摘要
未掺杂的SmCa4O(BO3)3（SCOB）荧光体通过微波辅助的溶胶-凝胶燃烧法合成，并通过X射线衍射确认为单相单斜结构。在室温至450°C之间以2°C/s的线性加热速率进行β辐照至500 Gy后，测量了其热释光（TL）特性。在50 Gy时，发光曲线显示两个主要峰值，分别位于约80°C和240°C；经过180°C预热10秒后，只剩下一个位于247°C附近的峰值，该峰值用于后续所有测量。该峰值在重复测量中表现出良好的重复使用性，并且具有从约1 Gy到约500 Gy的宽剂量响应范围，且没有饱和现象。通过改变加热速率、初始上升时间和发光曲线反卷积对这一峰值进行动力学分析，得到激活能为1.6–1.8 eV，频率因子为约1014–1016 s-1，表明其具有适合剂量测量的热稳定陷阱能级。
引言
热释光（TL）是一种广泛应用于辐射剂量测量、缺陷表征和固态发光研究中的成熟现象[1]。该过程涉及在辐照过程中将电荷载流子捕获在亚稳态缺陷中，随后通过热释放产生光。温度依赖性的TL发光曲线包含了关于陷阱深度、复合概率和动力学阶数的宝贵信息，使TL成为研究绝缘体和半导体材料中电荷载流子动态的强大工具[2],[3]。基于硼酸盐的化合物因其化学稳定性和宽带隙而成为有吸引力的TL宿主材料，这有利于形成稳定的本征陷阱和辐射诱导的陷阱[4],[5],[6],[7]。
先前对多阳离子硼酸盐（如K7SrY2(B5O10)3）和含稀土的钙氧硼酸盐（如GdCa4O(BO3)3:Sm）的研究表明，本征缺陷和稀土离子显著影响TL发光曲线的结构和动力学参数[9],[10]。稀土离子常用于硼酸盐基质中以调整发光和动力学特性。其中，Sm3+离子因其对局部晶场的敏感性及其与缺陷相关陷阱的相互作用而特别受到关注。在基于钙的硼酸盐中，Sm3+既作为发光中心，也作为与陷阱相关的中心，改变电荷载流子的捕获和复合过程[11],[12],[13]。尽管取得了这些进展，但专门针对含钐的钙氧硼酸盐宿主的系统TL研究仍然相对有限。最近的研究表明，复杂硼酸盐中的陷阱可能涉及缺陷相互作用而非孤立陷阱[14]。然而，尽管有这些发现，SmCa4O(BO3)3（SCOB）的TL行为尚未得到系统研究。特别是其陷阱的本质、动力学参数以及本征缺陷与Sm相关缺陷之间的相互作用仍不清楚。因此，需要进行详细的TL研究以阐明陷阱机制，并评估SCOB作为潜在硼酸盐基剂量测量材料的适用性[15],[16],[17]。
在本研究中，通过溶胶-凝胶燃烧法合成了SCOB荧光体，并通过X射线衍射确认了其结构。利用初始上升时间、可变加热速率、计算机化发光曲线反卷积和Tm–Tstop协议对其β辐照诱导的TL特性进行了表征。这些互补方法用于确定主要TL峰的激活能、频率因子和动力学阶数，并识别负责SCOB剂量响应的主要陷阱中心。
SCOB荧光体的制备
SCOB荧光体样品采用微波辅助的溶胶-凝胶燃烧法制备，该方法能够实现前体的均匀混合和晶体产品的快速形成。使用分析级氧化钐（Sm2O3，Sigma，Aldrich ≥99.9%）、四水合硝酸钙（Ca(NO3)2·4H2O，Sigma Aldrich ≥99.0%）和硼酸（H3BO3，Sigma Aldrich ≥99.5%）作为起始材料，无需进一步纯化。在合成之前，首先将Sm2O3转化为...
结构分析
XRD分析证实SCOB具有与参考数据一致的单斜结构（图1）。精炼的晶格参数为：a = 8.118 ?，b = 16.055 ?，c = 3.558 ?，β = 101.43°，单位晶胞体积为457.31 ?3
热释光峰的动力学表征
使用互补的动力学方法确定了SCOB主要热释光（TL）发光峰的动力学参数。由于所采用方法的理论背景已在第2节中介绍，本节主要关注实验结果及其物理解释。为了确保提取的动力学参数的可靠性，分析采用了变加热速率（VHR）方法...
结论
本研究通过结合实验和分析方法全面研究了SCOB荧光体的TL特性和陷阱动力学。该材料通过微波辅助的溶胶-凝胶燃烧法成功合成，XRD分析确认形成了单相单斜陶瓷结构，为热释光研究提供了稳定的晶体框架。未经预热的初始TL发光曲线显示了...
CRediT作者贡献声明
Huseyin Sagban： 方法学、研究。
Umit Kaynar： 方法学、研究、形式分析。
Burak Coban： 研究、形式分析。
Abeer S. Altowyan： 撰写——初稿、方法学、研究、形式分析。
Mustafa Topaksu： 方法学、研究。
Jabir Hakami： 方法学、研究、概念化。
Kenan Bulcar： 方法学、形式分析。
E. Aymila Cin： 方法学、研究、形式分析。
Nurdogan Can： 撰写——审阅与编辑。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢沙特阿拉伯利雅得努拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼大学（Princess Nourah bint Abdulrahman University）的研究支持项目（项目编号：PNURSP2026R16）的支持。
