CN101377019A - 一种新型闪烁晶体材料掺铈钨酸钇钠 - Google Patents

一种新型闪烁晶体材料掺铈钨酸钇钠 Download PDF

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涂朝阳
朱昭捷
游振宇
李坚富
王燕
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Abstract

一种新型闪烁晶体材料掺铈钨酸钇钠晶体，涉及闪烁晶体材料领域。该晶体材料的化学式为Ce3+:NaY(WO4)2。采用WO3，Na2CO3和Y2O3，CeO2作为原料，通过高温固相反应获得Ce3+:NaY(WO4)2原料，在还原气氛如氮气条件下采用提拉法生长晶体；或是在还原气氛如氮气条件下，通过高温固相反应获得Ce3+:NaY(WO4)2原料，在还原气氛如氮气条件下采用提拉法生长晶体。该材料用作高密度、快衰减闪烁晶体。

Description

一种新型闪烁晶体材料掺铈钨酸钇钠
技术领域
本发明涉及闪烁晶体材料领域。
背景技术
目前，具有高阻挡射线本领、高发光效率、高分辨率和高响应速度的闪烁晶体在核物理、天体物理、地质勘探、石油测井、核医学成像、工业无损检测和港口安检等领域，具有广泛的应用。
在非本征型高密度、快衰减闪烁晶体中，以Ce3+离子激活的闪烁晶体最多。由于Ce的发光为电偶极矩允许的5d→4f跃迁，发光强度大、衰减快，所以掺Ce3+离子闪烁晶体往往具有较好的时间分辨率和能量分辨率，深受人们青眛。非本征型Ce3+离子激活的闪烁晶体包括氟化物、氯化物、溴化物、硫化物、钨酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、铝酸盐等，特别是兼有高密度和快衰减特性的LaBr3:Ce3+晶体，具有优良的性能，但是其容易潮解，使得晶体的生长及应用受到了很大的限制。而另一类具有突出性能的高密度、快衰减闪烁晶体是Ce3+激活的镥基化合物晶体，但是由于其熔点太高，加之Lu具有不能够忽视的本底辐射，因而不能够较大范围地应用，尤其是在核物理核高能物理领域内受到很大限制。
钨酸钇钠NaY(WO4)2晶体具有良好的物化性能，同成分熔化，熔点约为1200℃，可以采用提拉法生长大尺寸、高质量的晶体，在量子电子学中可以用作激光基质材料，它具有较大的密度(d＝6.620g/cm3)，Y格位可以被Ce3+离子取代，因此掺铈钨酸钇钠Ce3+:NaY(WO4)2晶体可望作为一种新型的高密度、快衰减闪烁晶体。目前还未见有Ce3+:NaY(WO4)2闪烁晶体的相关研究报道。
发明内容
本发明的目的在于公开一种新型的高密度、快衰减闪烁晶体掺铈钨酸钇钠Ce3+:NaY(WO4)2。
实现本发明目的技术方案：
1.一种新型闪烁晶体材料掺铈钨酸钆钠晶体，该晶体材料的化学式为Ce3+:NaY(WO4)2。
2.一种项1的闪烁晶体材料的制备方法，采用WO3，Na2CO3和Y2O3，CeO2作为原料，通过高温固相反应获得Ce3+:NaY(WO4)2原料，在还原气氛条件下采用提拉法生长晶体。
3.一种项1的的闪烁晶体材料的制备方法，采用WO3，Na2CO3和Y2O3，CeO2作为原料，在还原气氛条件下，通过高温固相反应获得Ce3+:NaY(WO4)2原料，在还原气氛条件下采用提拉法生长晶体。
4.一种项1的的闪烁晶体材料的用途，该材料用作高密度、快衰减闪烁晶体。
钨酸钇钠NaY(WO4)2晶体具有良好的物化性能，同成分熔化，熔点约为1200℃，可以采用提拉法生长大尺寸、高质量的晶体，在量子电子学中可以用作激光基质材料，它具有较大的密度(d＝6.620g/cm3)，Y格位可以被Ce3+离子取代，因此掺铈钨酸钇钠Ce3+:NaY(WO4)2晶体可望作为一种新型的高密度、快衰减闪烁晶体。
具体实施方式
实施例一：
晶体提拉法生长所用的仪器是DJL-400的中频提拉炉，中频电源型号为KGPF25-0.3-2.5。采用Pt/Pt-Rh的热电偶和型号为815EPC的欧路表控温。所采用的坩埚是Φ55mm×30mm的铂坩埚，所用的原料是分析纯的WO3，Na2CO3和4N级的Y2O3，CeO23。根据下列化学反应式配制原料：
Figure A200710009439D00051
X＝0.1～0.5原子摩尔百分数。把原料混合均匀，压成片状，置于铂坩埚中，为了把CeO2中的Ce2+还原为Ce3+，首先把炉子内的气体抽出，使得炉子内的气压达到10-3Pa，再把0.04MPa的氮气充入，同时为了避免由于Na2CO3的快速分解带走WO3成分，使得组分偏离，烧结开始时以50℃/h缓慢升温到1000℃，然后再以150℃/h缓慢升温到烧结的预定温度，重复此过程，直至X射线粉末衍射的结果不变为止。
把原料装入Φ55mm×30mm的铂坩埚内，然后升温到比熔点高50℃的温度，恒温1小时，使得原料熔化完全。然后在铂丝上自然成核结晶，并开始生长出Ce3+:NaY(WO4)2小晶体。再以Ce3+:NaY(WO4)2晶体作为籽晶进行生长大尺寸的晶体。籽晶杆的提拉速率为1.0～1.5mm/h，降温速率为2～10℃/h，籽晶杆的转动速率为12～20r.p.m.，生长结束后，将晶体提离液面，然后以10～30℃/h的速率降至室温，可以得到大尺寸的透明晶体。
切割加工出一定尺寸、优质的Ce3+:NaY(WO4)2晶体，并采用包括X射线等泵浦光源，对晶体进行吸收和发射光谱的测试研究，测量包括发光波长、衰减时间、出光量、发光效率、辐照硬度和辐照长度等闪烁性能。
实施例二：
晶体提拉法生长所用的仪器是DJL-400的中频提拉炉，中频电源型号为KGPF25-0.3-2.5。采用Pt/Pt-Rh的热电偶和型号为815EPC的欧路表控温。所采用的坩埚是Φ55mm×30mm的铂坩埚，所用的原料是分析纯的WO3，Na2CO3和4N级的Y2O3，CeO23。根据下列化学反应式配制原料：
Figure A200710009439D00061
X＝0.1～0.5原子摩尔百分数。把原料混合均匀，压成片状，置于铂坩埚中，为了避免由于Na2CO3的快速分解带走WO3成分，使得组分偏离，烧结开始时以50℃/h缓慢升温到1000℃，然后再以150℃/h缓慢升温到烧结的预定温度，重复此过程，直至X射线粉末衍射的结果不变为止。
把原料装入Φ55mm×30mm的铂坩埚内，为了把CeO2中的Ce2+还原为Ce3+，首先把炉子内的气体抽出，使得炉子内的气压达到10-3Pa，再把0.04MPa的氮气充入，然后升温到比熔点高50℃的温度，恒温5小时，使得原料熔化完全。然后在铂丝上自然成核结晶，并开始生长出Ce3+:NaY(WO4)2小晶体。再以Ce3+:NaY(WO4)2晶体作为籽晶进行生长大尺寸的晶体。籽晶杆的提拉速率为1.0～1.5mm/h，降温速率为2～10℃/h，籽晶杆的转动速率为12～20r.p.m.，生长结束后，将晶体提离液面，然后以10～30℃/h的速率降至室温，可以得到大尺寸的透明晶体。
切割加工出一定尺寸、优质的Ce3+:NaY(WO4)2晶体，并采用包括X射线等泵浦光源，对晶体进行吸收和发射光谱的测试研究，测量包括发光波长、衰减时间、出光量、发光效率、辐照硬度和辐照长度等闪烁性能。

Claims (4)

1.一种新型闪烁晶体材料掺铈钨酸钇钠晶体，其特征在于：该晶体材料的化学式为Ce3+:NaY(WO4)2。
2.一种权利要求1的闪烁晶体材料的制备方法，其特征在于：采用WO3，Na2CO3和Y2O3，CeO2作为原料，通过高温固相反应获得Ce3+:NaY(WO4)2原料，在还原气氛条件下采用提拉法生长晶体。
3.一种权利要求1的闪烁晶体材料的制备方法，其特征在于：采用WO3，Na2CO3和Y2O3，CeO2作为原料，在还原气氛条件下，通过高温固相反应获得Ce3+:NaY(WO4)2原料，在还原气氛条件下采用提拉法生长晶体。
4.一种权利要求1的闪烁晶体材料的用途，其特征在于：该材料用作高密度、快衰减闪烁晶体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108193274A (zh) * 2017-11-29 2018-06-22 宁波大学 一种复式钨酸盐闪烁晶体及其制备方法
CN110878426A (zh) * 2019-11-28 2020-03-13 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种铈离子掺杂的钨酸钆钠晶体及其制备方法和应用
CN111864023A (zh) * 2020-06-04 2020-10-30 江苏大学 一种钨酸钇钠薄膜材料及其制备方法和应用

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