CN101864315B - 铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法 - Google Patents

铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101864315B
CN101864315B CN 201010203410 CN201010203410A CN101864315B CN 101864315 B CN101864315 B CN 101864315B CN 201010203410 CN201010203410 CN 201010203410 CN 201010203410 A CN201010203410 A CN 201010203410A CN 101864315 B CN101864315 B CN 101864315B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cerium
ion activated
luminous material
flash luminous
emitting material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201010203410
Other languages
English (en)
Other versions
CN101864315A (zh
Inventor
梁宏斌
陈万平
苏锵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
National Sun Yat Sen University
Original Assignee
National Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Sun Yat Sen University filed Critical National Sun Yat Sen University
Priority to CN 201010203410 priority Critical patent/CN101864315B/zh
Publication of CN101864315A publication Critical patent/CN101864315A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101864315B publication Critical patent/CN101864315B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了铈离子激活的X射线探测用闪烁发光材料及其制备方法，本发明的材料的组成其化学组成式为：M3-2xCexM′xAl2O5Cl2，其中M选自Sr、Ca、Ba或其混合；M ′选自Li、Na、K、Rb、Cs或其混合；x是Ce置换M的摩尔量，0＜x≤0.5。本发明的闪烁材料光产额高，在X射线激发下，光产额达到商业BaF2的三倍及以上；荧光衰减快，荧光衰减时间在10-40ns范围内；在空气中不会潮解，能稳定存在。其所发出的荧光波长在350-600nm范围内，最强发射峰为～440nm。具有良好的物化性能和闪烁发光性能。本发明的粉体闪烁发光材料的制备方法采用传统的高温固相法合成，制备工艺简单、易于操作、制备过程安全方便、条件容易控制。

Description

铈离子激活的X射线探测用闪烁发光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种闪烁发光材料，具体的说涉及一种三价铈离子激活的X射线探测用闪烁发光材料及其制备方法。
背景技术
闪烁发光材料在闪烁波长范围内是透明的，它以放出一个光脉冲来对入射辐射做出反应，即在受到X射线，γ射线和其它高能射线辐射后，吸收其中一部分能量后转换成可见光。闪烁材料吸收特定的高能辐射后发出的光子数目越多越好，这样使探测信号的准确度得到提高。闪烁材料的荧光衰减时间尽可能短，以便增加探测器的工作频率。如果使用于核医学成像领域，可以大大减少检查时间，改善图像质量，减少人体受辐射时间。随着现代科学技术的不断进步，对闪烁材料的数量和性能都提出来更高的要求。理想的闪烁材料应具备有高的光输出、高密度、快衰减、短余辉、低成本等特点。其中高的光输出有利于提高光电检测器的灵敏度；短衰减时间有利于提高扫描速度。除了在传统的核物理、核医学成像方面的应用外，近年来X射线探测材料也广泛的应用于港口安全检查和工业无损检测(如火箭、导弹、航天飞机等重要部件的无损探查)、油井探测、环境检查等。目前医用和工业用的闪烁材料主要有锗酸铋(Bi4Ge3O12)、掺铊碘化钠(NaI:Tl)、氟化钡(BaF2)等，这些闪烁材料都有不足之处。如Bi4Ge3O12光产率低，荧光寿命长；BaF2的衰减常数大；NaI:Tl的闪烁衰减不快、并且吸收系数小、易于潮解。最新发展的LaCl3:Ce3+和LaBr3:Ce3+晶体也容易潮解。因此，发展新的性能好的闪烁材料是一个很有应用前景的研究课题。
Ce3+的电子构型简单，基态只有一个4f电子。其发光只涉及到5d-4f跃迁。5d-4f跃迁是允许跃迁，荧光衰减快(几十纳秒)，量子产率高。因此，三价铈离子激活的闪烁材料最近成为新型无机闪烁材料，如LSO:Ce3+和LaCl3:Ce3+。碱土金属氯铝酸盐在空气中能够稳定存在，其稀土离子掺杂的发光材料最近有所报道，如[1]Y.Tang，S.Hu，W.Ke，C.Lin，N.C.Bagkar，R.Liu.Near-ultravioletexcitable orange-yellow Sr3(Al2O5)Cl2:Eu2+phosphor for potential application inlight-emitting diodes.Applied Physics Letters 93，2008，131114-131116；[2]X.Zhang，B.Park，N.Choi，J.Kim，G.C.Kim，J.H.Yoo.A novel blue-emittingSr3Al2O5Cl2:Ce3+，Li+phosphor for near UV-excited white-light-emitting diodes.Materials Letters，2009，63：700-702；[3]Y.Song，G.Jia，M.Yang，Y.Huang，H.You，H.Zhang.Sr3Al2O5Cl2:Ce3+，Eu2+：A potential tunable yellow-to-white-emittingphosphor for ultraviolet light emitting diodes.Applied Physics Letters，2009，4：091902-091904。但是，对于掺三价铈离子的碱土金属氯铝酸盐用来作为闪烁发光材料却未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种光产额高、荧光衰减快、不容易潮解的三价铈离子激活的碱土金属氯铝酸盐闪烁发光材料。
本发明的另一个目的在于提供上述闪烁发光材料的制备方法。该制备方法利用简单易得廉价的粉体原料，采用高温煅烧得到了碱土氯铝酸盐闪烁材料。该方法可实现准确掺杂、工艺简单、成本低，适合大批量生产。
本发明的三价铈离子激活的碱土金属氯铝酸盐闪烁发光材料，其化学组成为：M3-2xCexM′xAl2O5Cl2。其中M在碱土金属Sr、Ca、Ba或其混合物中选择，特别是Sr或Sr与Ca、Ba的混合物中选择；M′在碱金属元素Li、Na、K、Rb、Cs或其混合物中选择，主要作为电荷补偿剂与Ce3+等摩尔加入；其中x是Ce置换M的摩尔量，这里0＜x≤0.5。
上述三价铈离子激活的X射线探测用闪烁发光材料的制备方法，其步骤如下：首先，将原料按化学计量比准确称量，研磨混合均匀；然后置于加热炉中，在还原气氛下灼烧，随炉自然冷却取出，粉碎后即得到粉末状的闪烁发光材料。本发明所采用的原料为碱土金属氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐中一种或多种的混合物；碱土金属氯化物；碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属氯化物中一种或多种的混合物；氢氧化铝、氧化铝、硝酸铝中一种或多种的混合物；氧化铈、碳酸铈、草酸铈、硝酸铈中的一种或多种的混合物。在上述制备方法中，所述还原气氛优先选CO气氛、H2气氛、H2和N2混合气氛或H2和Ar混合气氛。
在上述制备方法中，所述灼烧温度为500-1300℃，灼烧时间2-20小时。与现有技术相比，本发明具有如下的优点和效果：
1.本发明的闪烁材料光产额高，在X射线激发下，光产额达到商业BaF2的三倍及以上；荧光衰减快，荧光衰减时间在10-40ns范围内；在空气中不会潮解，能稳定存在。其所发出的荧光波长在350-600nm范围内，最强发射峰为～440nm。具有良好的物化性能和闪烁发光性能。
2.本发明的粉体闪烁发光材料的制备方法采用传统的高温固相法合成，制备工艺简单、易于操作、制备过程安全方便、条件容易控制。
附图说明
图1为实施例1所得Sr2.98Ce0.01Na0.01Al2O5Cl2与参照样品BaF2在相同条件下测试的X射线激发下的发光谱图。
具体实施方式
实施例1
称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨，样品的X射线粉末衍射结果与Sr3Al2O5Cl2的标准卡片(JCPDS no80-0564)一致，即得到了组成式为Sr2.98Ce0.01Na0.01Al2O5Cl2的粉体闪烁材料。闪烁材料在340nm激发下，其荧光波长在350-600nm之间，其最强发射峰约为440nm，对应的荧光寿命为33.8纳秒。将样品与参照样品BaF2在相同条件下进行测试比较，如图1所示。计算得样品Sr2.98Ce0.01Na0.01Al2O5Cl2在X射线激发下的光产额为26300photons/MeV，该产额是同条件下X射线激发下BaF2光产额的296.2％。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于增大了Ce3+的掺杂含量。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0212g，氧化铈(CeO2)0.0688g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.0629g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例3
本实施例与实施例1与2基本相同，不同之处在于进一步增大了Ce3+的掺杂含量。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0636g，氧化铈(CeO2)0.2065g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)0.8267g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于改用碳酸钾做电荷补偿剂。称取无水碳酸钾(K2CO3)0.0027g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于改用氢氧化铝作为铝的来源。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，氢氧化铝[Al(OH)3]1.0661g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于利用Ca部分取代了Sr。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸钙(CaCO3)1.060g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于利用Ba部分取代了Sr。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸钡(BaCO3)1.5629g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于适当降低和改变了煅烧温度及流程。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，500℃预烧3小时，冷却研磨，然后900℃煅烧6小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于适当提高了煅烧温度。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1100℃煅烧4小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例10
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于适当提高了煅烧温度。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1300℃预烧2小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例11
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于改变了还原气氛。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，氧化铈(CeO2)0.0069g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，把坩埚放入一个大氧化铝坩埚中，大坩埚里面底层平铺一层炭粒，盖上一个和大坩埚外径相等的氧化铝盖子，1000℃下在产生的CO气氛中恒温煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。
实施例12
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于改用碳酸铈作为铈的来源。称取无水碳酸钠(Na2CO3)0.0021g，碳酸铈[Ce2(CO3)3]0.0092g，三氧化二铝(Al2O3)0.4078g，碳酸锶(SrCO3)1.1692g，氯化锶(SrCl2·6H2O)1.0665g，在研钵中研磨混合均匀，移至氧化铝坩埚中，5％H2-95％N2气氛下，1000℃煅烧5小时。冷却研磨即得粉体闪烁材料。

Claims (5)

1.一种铈离子激活的闪烁发光材料的使用方法，其特征在于，所述闪烁发光材料的化学组成式为：M3-2xCexM′xAl2O5Cl2，其中M选自Ca、Ba或其混合；M′选自Na、K、Rb、Cs或其混合；x是Ce置换M的摩尔量，0＜x≤0.5，所述闪烁发光材料用X射线照射。
2.权利要求1所述的铈离子激活的闪烁发光材料的使用方法，其特征在于，所述闪烁发光材料的制备包括如下步骤：首先，将原料按化学计量比准确称量，混合均匀；然后把原料置于加热炉中，在还原气氛下灼烧，随炉自然冷却取出，粉碎后即得到粉末状的闪烁发光材料。
3.权利要求2所述的铈离子激活的闪烁发光材料的使用方法，其特征在于所述原料为碱土金属氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐中一种或多种的混合物；碱土金属氯化物；碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属氯化物中一种或多种的混合物；氢氧化铝、氧化铝、硝酸铝中一种或多种的混合物；氧化铈、碳酸铈、草酸铈、硝酸铈中的一种或多种的混合物。
4.权利要求2所述的铈离子激活的闪烁发光材料的使用方法，其特征在于所述还原气氛是指CO气氛、H2气氛、H2和N2混合气氛或H2和Ar混合气氛。
5.权利要求2所述的铈离子激活的闪烁发光材料的使用方法，其特征在于所述灼烧温度为500-1300℃，灼烧时间2-20小时。
CN 201010203410 2010-06-13 2010-06-13 铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN101864315B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010203410 CN101864315B (zh) 2010-06-13 2010-06-13 铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010203410 CN101864315B (zh) 2010-06-13 2010-06-13 铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101864315A CN101864315A (zh) 2010-10-20
CN101864315B true CN101864315B (zh) 2013-06-19

Family

ID=42956245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010203410 Expired - Fee Related CN101864315B (zh) 2010-06-13 2010-06-13 铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101864315B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103059843A (zh) * 2013-01-14 2013-04-24 云南民族大学 一种橙红色稀土荧光粉及其制备方法
CN103319087A (zh) * 2013-06-04 2013-09-25 中山大学 一种稀土磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101058727A (zh) * 2007-05-29 2007-10-24 中山大学 三价铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201005075A (en) * 2008-07-24 2010-02-01 Univ Nat Chiao Tung White-emitting phosphors and lighting apparatus thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101058727A (zh) * 2007-05-29 2007-10-24 中山大学 三价铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Xinmin Zhang, et al..A novel blue-emitting Sr3Al2O5Cl2:Ce3+,Li+ phosphor for near UV-excited white-light-emitting diodes.《Materials Letters》.2008,第63卷 *
XinminZhang et al..A novel blue-emitting Sr3Al2O5Cl2:Ce3+

Also Published As

Publication number Publication date
CN101864315A (zh) 2010-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103429702B (zh) 用于led应用的锰活化的六氟硅酸盐
CN1171973C (zh) 磷光体和使用此磷光体的辐射探测器及使用此磷光体的x射线ct装置
CA2571663C (en) Scintillator compositions, and related processes and articles of manufacture
US9507032B1 (en) Barium iodide and strontium iodide crystals and scintillators implementing the same
JP7487816B2 (ja) 発光装置、および蛍光体
CN103923653B (zh) 一种红色长余辉发光材料及其制备方法
WO2011008930A2 (en) Phosphorescent phosphors
US9183962B2 (en) Ceramic scintillator body and scintillation device
JP4963077B2 (ja) 紫外線を発光する応力発光材料およびその製造方法、並びにその利用
CN100516170C (zh) 三价铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法
CN101864315B (zh) 铈离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法
Mahakhode et al. A review: X‐ray excited luminescence of gadolinium based optoelectronic phosphors
CN100516169C (zh) 碱金属稀土焦磷酸盐闪烁发光材料及其制备方法和用途
CN114410297B (zh) 一种多模式诱导的红色荧光材料及其制备方法
CN109294574A (zh) 一种锰掺杂的橙色锗锡酸盐长余辉荧光粉及其制备方法
Yang et al. Crystal Growth and Scintillation Properties of ${\rm Cs} _ {2}{\rm NaGdBr} _ {6}{:}{\rm Ce}^{3+} $
CN102517009A (zh) 一种钛磷酸钡盐、制备方法及其应用
CN104371711B (zh) 一种二价铕离子激活的x射线探测用闪烁发光材料及其制备方法
CN104877686B (zh) 一种上转换荧光材料及其制备方法
CN103468259B (zh) 一种钒钨酸钡自激活发光材料、制备方法及应用
CN103740371B (zh) 一种发光材料及其制备方法
Ren et al. The effect of Pr3+ concentration on the microstructure, luminescence and scintillation properties of Pr: LuAG single crystals
CN104861976A (zh) 一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法
JPH0674418B2 (ja) 希土類アルミン酸塩螢光体
CN106634973A (zh) 一种三价铈离子激活的闪烁体材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130619

Termination date: 20140613

EXPY Termination of patent right or utility model