CN102492995B - 一种在还原气氛下将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体转为无色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在还原气氛下将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体转为无色的方法，是将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体在含氢的气氛下加热一段时间，将Ce4+还原为Ce3+，使晶体转换为无色。所述含氢的气氛为氮气和氢气的混合气气氛，氢气含量为混合气体积的1-25%，其余的为氮气。本发明通过在特定的气氛、温度条件下对晶体进行还原性热处理，清除晶体中多余的氧，晶体的颜色从黄色变为无色透明状，提高了晶体的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及铈掺杂硅酸钇镥[Ce2x（Lu1-yYy）2（1-x）SiO5 (LYSO)]晶体处理技术的改进，具体是通过特殊的工艺处理以提高铈掺杂硅酸钇镥性能，属于晶体材料领域。
背景技术
随着科学技术发展的需要，无机闪烁晶体在影像核医学诊断(XCT、PET)、高能物理以及核物理、地质勘探以及地质形貌学、天文空间物理学以及安全稽查等领域中有着巨大的应用前景。它们已经成为现代众多高新技术领域中不可缺少的核心材料之一，倍受人们的重视。
与普通的塑料高分子、液体、液晶以及荧光粉闪烁材料相比，无机闪烁晶体具有密度高、体积小、物化性能和闪烁性能优良等显著特点，从而使它在实用的闪烁材料中占据了重要的地位。闪烁晶体与光电倍增管(PMT)、硅光二极管(SPD)以及雪崩光二极管(APD)等组成的探测元件具有广泛的应用背景。
核医学技术以及其它相关技术的飞速发展，无机闪烁晶体的应用领域在不断的拓宽，与此同时，不同应用领域对无机闪烁体也提出了更多更高的要求。尽管不同应用对闪烁体的要求各异，但是要求闪烁体具有高光输出、快衰减、高密度以及优良的物化特性却是一致的。因此，寻求具有高光输出、快衰减、高密度以及优良的物化特性的无机闪烁晶体成为近年来人们研究的热点。铈掺杂硅酸钇镥[分子式Ce2x（Lu1-yYy）2（1-x）SiO5，简称Ce: LYSO]闪烁单晶就是能满足这些使用要求的理想材料。
LYSO闪烁单晶具有发光效率高、衰减时间短、发光中心波长与光电倍增管匹配好、抗辐射能力强、高密度、高原子序数等优点。在高能物理、核物理、核医学、地质勘探、空间探测、安全检查等领域具有广泛的应用。高光输出快衰减能够提高探测器的空间和时间分辩率；高密度以及高有效原子序数可以使探测器小型化；优良的温度特性及良好的物理化学性质能大大拓宽闪烁体的应用范围。可以看出，LYSO闪烁单晶综合性能大大优于传统无机闪烁晶体，其在影像核医学（PET）领域、核物理以及高能物理领域、工业CT领域、油井勘探领域、安全稽查领域领域有着广泛的运用。除此之外，LYSO闪烁单晶在核天文学、核空间物理学、核考古学、核地质学以及核测量学等领域中也存在着巨大的应用潜力。
为提高LYSO晶体的发光强度，需对晶体进行高温氧扩散，弥补晶体生长中的氧空位，但有时会出现晶体氧化过当的状况，导致晶体的发光中心Ce3+氧化为Ce4+，表现为晶体颜色发黄，420nm处透过率降低，而420nm是它的发光中心波长，严重影响晶体的闪烁性能。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高铈掺杂硅酸钇镥性能的方法，本方法可清除铈掺杂硅酸钇镥晶体中多余的氧，使视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体转为无色。
本发明解决上述问题的技术手段是这样的：
一种在还原气氛下将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体转为无色的方法，是将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体在含氢的气氛下加热一段时间，将Ce4+还原为Ce3+，使晶体转换为无色。
进一步地，所述含氢的气氛为氮气和氢气的混合气气氛，氢气含量为混合气体积的1-25%，其余的为氮气；热处理具体步骤为，
（1）加热：以70℃/h的速率将待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体从室温下加热到500℃，然后再以50℃/h的速率加热到保温温度700-1400℃；
（2）保温：在保温温度下保温2h-100h；
（3）冷却：保温结束后，以50℃/h的速率冷却到400℃，再以70℃/h的速率冷却到100℃，最后自然冷却至室温即可。
热处理时，将若干待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体同时置于铈掺杂硅酸钇镥多晶料上，待处理晶体之间不要发生接触。
待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体由Ce2x（Lu1-yYy）2（1-x）SiO5组成，其中0.00001＜x＜0.05，0＜y＜1。
本发明通过在特定的气氛、温度条件下对晶体进行还原性热处理，清除晶体中多余的氧，晶体的颜色从黄色变为无色透明状，提高了晶体的利用率。
附图说明
图1-本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了提高铈掺杂硅酸钇镥的性能，以将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体转为无色，本发明在特定的气氛、温度条件下对铈掺杂硅酸钇镥进行热处理，将Ce4+还原为Ce3+，使晶体转换为无色。下面对此详细说明。
在H2和N2的混合气气氛中（H2的体积含量为1-25%，其余均为氮气），将待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体（单晶体）置于铈掺杂硅酸钇镥多晶料上。如果是多个晶体同时进行处理，那么晶体与晶体也不要发生接触。热处理步骤为（同时参见图1）：
（1）加热：以70℃/h的速率将待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体从室温下加热到500℃，然后再以50℃/h的速率加热到保温温度700-1400℃；
（2）保温：在保温温度下保温2h-100h；
（3）冷却：保温结束后，以50℃/h的速率冷却到400℃，再以70℃/h的速率冷却到100℃，最后自然冷却至室温即可。
待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体由Ce2x（Lu1-yYy）2（1-x）SiO5组成，其中0.00001＜x＜0.05，0＜y＜1。
本发明通过在氢氮混合气的环境中加热铈掺杂硅酸钇镥单晶体一段时间，通过控制温度、时间条件，让氢和氧发生化学反应，有效清除晶体中多余的氧，并有助于铈离子由4+价态变成3+价态，使晶体的性能得到了极大地提高，增加了晶体的成品率。本发明创造既可以对原生晶体进行还原热处理提高晶体的性能，又可以将氧化处理过当的晶体产品进行性能“恢复”。提高了晶体的利用率。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (1)
1.一种在还原气氛下将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体转为无色的方法，其特征在于：将视觉上呈现黄色的铈掺杂硅酸钇镥晶体在含氢的气氛下加热一段时间，将Ce4+还原为Ce3+，使晶体转换为无色；本方法对晶体进行还原性热处理，清除晶体中多余的氧，晶体的颜色从黄色变为无色透明状；
所述含氢的气氛为氮气和氢气的混合气气氛，氢气含量为混合气体积的1-25%，其余的为氮气；热处理具体步骤为，
（1）加热：以70℃/h的速率将待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体从室温下加热到500℃，然后再以50℃/h的速率加热到保温温度700-1400℃；
（2）保温：在保温温度下保温2h-100h；
（3）冷却：保温结束后，以50℃/h的速率冷却到400℃，再以70℃/h的速率冷却到100℃，最后自然冷却至室温即可；
待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体为单晶体，由Ce2x（Lu1-yYy）2（1-x）SiO5组成，其中0.00001＜x＜0.05，0＜y＜1；
热处理时，将若干待处理的铈掺杂硅酸钇镥晶体同时置于铈掺杂硅酸钇镥多晶料上，待处理晶体之间不要发生接触。
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