CC BY
819-21 октября 2021 г
Выращивание алмазных композитов в СВЧ плазме для визуализации жёсткого рентгеновского излучения
Мартьянов А.К.1, Седов В.С.1
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
Е-mail: martyanov@nsc. gpi. ru
Разработка мощных рентгеновских лазеров на свободных электронах (XFEL) поставила задачу синтеза стойких сцинтилляционных материалов для визуализации жёсткого рентгеновского излучения [1]. Алмаз — уникальный материал, способный выдерживать высокие дозы радиации и тепловые нагрузки. Церий обладает интенсивной рентгенолюминесценцией в видимом диапазоне с наносекундным временем затухания [2, 3]. Композит алмаз-YAG^e уже показал рентгенолюминесценцию Ce3+ с наносекундным временем затухания, но содержание церия в твердом растворе YAG:Ce не было оптимизировано [4].
В данной работе были получены наночастицы с оптимизированным составом и внедрены в матрицу поликристаллического алмаза с образованием композитного материала алмаз-YAG:Се (рис. 1).
Рис. 1. РЭМ: агломераты наночастиц YAG:Ce на подложке (а) и поликристаллическая алмазная поверхность композита(Ь). Вставка: поперечное сечение композита.
Получение композита производилось в три этапа. Полированные монокристаллические кремниевые пластины,
й^оды!; учТньк НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
используемые в качестве подложек, засеивались детонационными наноалмазами со средним размером частиц 5 нм из суспензии на водной основе. Затем химическим осаждением из метан-водородной СВЧ-плазмы в реакторе АЯЛК 100 (2.45 ГГц) выращивалась первичная микрокристаллическая алмазная плёнка толщиной 2 мкм. На втором этапе сформировавшаяся алмазная плёнка засеивалась наночастицами YAG:Ce из водной суспензии с использованием центрифуги. На третьем этапе образцы повторно заращивались алмазом до полной интеграции наночастиц.
Была зарегистрирована рентгенолюминесценция при возбуждении полученных композитов рентгеновской трубкой с вольфрамовым анодом (рис. 2).
£5000 22500 20000 17500 15000 £ 12500 £ 10000 7500 5000 2500
Wavelength, nm
Рис. 2. Спектр рентгенолюминесценции алмазных композитов с внедрёнными наночастицами YAG:Ce.
Таким образом, создан алмазный композит с регулируемым химическим составом встроенных люминесцентных наночастиц. Такой класс композитов представляет собой инструмент для разработки новых материалов с желаемыми свойствами для широкого круга применений, включая обнаружение и визуализацию интенсивного рентгеновского излучения.
Работа поддержана грантом РФФИ (№ 20-32-70074).
1. T. Pikuz et al. Sci. Rep. 2015, 5, 17713.
2. S. Witkiewicz-Lukaszek, et al. Cryst. Growth Des. 2018, 18, 18341842.
3. A. Khan, et al. J. Alloys Compd. 2018, 741, 878-882.
4. V. Sedov, et al. Carbon. 2021, 174, 52-58.
