Optical and structural analysis of luminescent nanoparticles in glasses for medical diagnostics

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war es, die Szintillations- und Speicherleuchtstoffeigenschaften von fluoreszierenden Europium (Eu)- und Bariumchlorid (BaCl2)-dotierten Zirkonfluorid (ZF) Gläsern und Glaskeramiken zu steigern und dies durch strukturelle sowie optische Charakterisierungsmethoden zu evaluieren. Der Hauptfokus liegt auf der Untersuchung und Optimierung der Europium-Oxidationsstufe. Ein Zusatz von Indium zur Glasmatrix verbessert die Glasqualität und ist für eine Phasentransformation von hexagonaler zu orthorhombischer BaCl2 Nanopartikelphase nötig, die für Speicherleuchtstoffanwendungen erforderlich ist. Wiederaufschmelzen des Glases steigert den Eu2+ Gehalt und damit die Leistungsfähigkeit der Glaskeramiken hinsichtlich Szintillatoranwendungen. Eine zusätzliche Dotierung mit weiteren dreiwertigen Seltenen Erden zur Steigerung der Lichtausbeute, wie beispielsweise Gd, Nd, Yb oder Tb, beeinflusst die Nukleation und das Wachstum der Nanokristallite sowie die Eu2+Photolumineszenz.

In this thesis fluorescent europium (Eu)- and barium chloride (BaCl2)-doped fluorozirconate (FZ) based glasses and glass ceramics, which are known for their efficient scintillation and storage phosphor properties, were the subject of improvement going along with their structural and optical investigation. One main focus is the investigation and optimization of the Eu valency. The addition of indium to the glass host improves glass quality and is also needed for a phase transformation from hexagonal to orthorhombic phase BaCl2 nanoparticles, which is important for storage phosphor applications. Subsequent remelting of the glass proves to increase the Eu2+content and thus the performance of the glass ceramics for scintillator applications. Additional co-doping with other trivalent rare earths, namely Gd, Nd, Yb, or Tb, for light output enhancement influences the nanocrystal nucleation and growth as well as the Eu2+photoluminescence.