四 BGO 晶体材料的研究

随着 BGO 发光性质的发现，它的闪烁特性和作为 X 射线、γ射线、正电子和带电粒子的探测材料的应用研究如雨后春笋般地开展起来。所有这些研究的物质基础首先是要制备 BGO 晶体。一个化合物的制备往往从形成这个化合物的相图和它的一些物理、化学和结构的基本数据入手。最初的 Bi2O3-GeO2 二元氧化物系的相图仅发现了两种化合物： Bi4Ge3O12（2Bi2O3∶3GeO2）和 Bi12GeO20（6Bi2O3∶1GeO2）。后又陆续发现了 Bi2Ge3O9（1Bi2O3∶3GeO2）和亚稳相 Bi2GeO5（1Bi2O3∶1GeO2）。直到 1986 年，G.Corsmit 和 J.C.Sens 等人才发表了用差热分析（DTA）法得到的比较完整的相图（图 5）。

从相图中可知，2Bi2O3(s)+2GeO2(s)→Bi4Ge3O12(crystal)这一反应是稳定的。但如果配料是非化学计量纯的（组分混合不匀）和相变条件不同（熔体冷却速度过快），也有可能生成亚稳晶相 Bi2GeO5 和组分偏离很大的低共熔体固相。相图给出了固液相线的明确位置，但它没有给出稳定相变和亚稳相变的具体条件，更没有给出液相转变成完整晶体的条件。解决这个问题的学科便发展成了材料科学中的一大分支：晶体生长学。