CN103643293B - 一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103643293B
CN103643293B CN201310728244.7A CN201310728244A CN103643293B CN 103643293 B CN103643293 B CN 103643293B CN 201310728244 A CN201310728244 A CN 201310728244A CN 103643293 B CN103643293 B CN 103643293B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
bismuth silicate
powder
bso
doping
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.)
Active
Application number
CN201310728244.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103643293A (zh
Inventor
熊巍
周尧
袁晖
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.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
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 Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN201310728244.7A priority Critical patent/CN103643293B/zh
Publication of CN103643293A publication Critical patent/CN103643293A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103643293B publication Critical patent/CN103643293B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用。所述硅酸铋闪烁晶体中掺杂有Y3+，是采用BSO籽晶，在空气氛下用坩埚下降法进行晶体生长而得。研究表明：由于Y3+离子的掺入，在一定程度上减少了异相硅铋化合物和相应宏观缺陷的形成，使所得BSO晶体在可见光波段的透过性能有所提高，尤其对大尺寸BSO晶体闪烁性能的提高具有显著性，进行Y3+掺杂后的硅酸铋闪烁晶体可应用于制备核物理及高能物理探测材料。

Description

一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用，属于光学晶体材料技术领域。背景技术
硅酸铋（Bi4Si3O12，简称BSO）是一种新型闪烁晶体，具有许多与锗酸铋（Bi4Ge3O12，简称BGO）闪烁晶体相似的物理化学性质，如密度高、辐射长度短、莫里埃半径小、不潮解、易加工等等。同时，BSO晶体还具有衰减快，辐照硬度高，成本低的特点，因而有望成为替代BGO的理想材料，更适用于核物理和高能物理领域。
由于BSO晶体的原料Bi2O3和SiO2的熔点和密度差异大，其二元系统的相关系十分复杂，在晶体生长过程中容易生成多相结构，如Bi12SiO20、Bi2SiO5、Bi2O3与SiO2等单相或复合相，使得BSO晶体中容易出现组分偏析层、包裹物、核芯、生长条纹等宏观缺陷，同时由于BSO熔体粘度大，均匀性差，加剧了各种宏观缺陷的形成，从而导致BSO晶体透光率和闪烁性能的下降。
发明内容
针对现有技术所存在的上述问题，本发明旨在提供一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用，以实现钇离子掺杂来抑制或减少宏观缺陷的形成，提高硅酸铋晶体在可见光波段的透过性能。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种硅酸铋闪烁晶体，其特征在于：所述硅酸铋闪烁晶体中掺杂有Y3+。
作为优选方案，Y3+的掺杂量为200～2000ppm，进一步优选为500～1500ppm。
一种制备本发明所述的硅酸铋闪烁晶体的方法，包括如下步骤：
a)采用固相法制备硅酸铋多晶料，再按所述掺杂量掺入掺杂剂后装入坩埚中；
b)采用BSO籽晶，在空气氛下用坩埚下降法进行晶体生长。
作为优选方案，所述硅酸铋多晶料的制备包括如下操作：将Bi2O3粉料和SiO2粉料按2:3的摩尔比配料后，再加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.1～2at%的Bi2O3粉料，然后进行混匀、压块，再在850～950℃下烧结5～10小时；然后将烧结料研磨后再次压块，再在850～950℃下烧结5～10小时，即得硅酸铋多晶料。
作为优选方案，所述掺杂剂为Y2O3粉体。
作为优选方案，掺杂剂的掺入采用机械混合方式。
作为优选方案，BSO籽晶的取向为<100>。
作为优选方案，进行晶体生长的操作包括如下步骤：将坩埚封闭后装入引下管，在10～30小时内升温至1000～1200℃，保温1～5小时，然后提升引下管，待晶料全部熔化后，再以0.2～1.0毫米/小时的速度下降引下管，进行晶体生长。
本发明所述的硅酸铋闪烁晶体可应用于制备核物理及高能物理探测材料。
本发明中所述的Y3+的掺杂量是相对于硅酸铋多晶料的摩尔百分比。
研究表明：由于Y3+离子在单晶体中分凝系数较高，而且Y3+离子半径、价态与Bi3+离子相近，容易替代Bi3+而进入Bi3+的晶格位置，有利于相应形式化合物的掺入，从而在一定程度上可减少异相硅铋化合物和相应宏观缺陷的形成，从而使BSO晶体在可见光波段的透过性能有所提高，并有利于大尺寸BSO晶体闪烁性能的提高。
附图说明
图1为对比例及实施例所获得的BSO晶体在厚度均为2mm下的透光率对比图；
图2为对比例及实施例所获得的BSO晶体在厚度均为35mm下的透光率对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
对比例
将纯度不低于99.99％的Bi2O3粉料和SiO2粉料，按Bi4Si3O12的化学计量比精确配料，并加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.1at%的Bi2O3粉料，进行混匀、压块，然后在900℃下烧结5小时；再将烧结料研磨后进行再次压块，再在950℃下烧结10小时，得到硅酸铋多晶料；
取晶向为<100>，尺寸为20×20×50mm的BSO单晶作为籽晶，将硅酸铋多晶料和籽晶装入铂金坩埚，然后采用坩埚下降法进行晶体生长：先用10小时将炉温升至1130℃，然后保温6小时，再逐渐提升引下管，待坩埚内的晶料全部熔成熔体后，以0.6mm/h的速率下降引下管，进行晶体生长；晶体生长结束后，切断电源，自然冷却至室温，取出晶体。
将所得晶体加工为20×20×2mm的晶片和20×20×35mm的晶块，两端面抛光后，进行透光率测试。
实施例1
将纯度不低于99.99％的Bi2O3和SiO2粉料，按化学计量比精确配料并加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.2at%Bi2O3粉料，进行混匀、压块，然后在900℃下烧结5小时；再将烧结料研磨后再次压块，在950℃下烧结10小时，得到硅酸铋多晶料；
取晶向为<100>，尺寸为20×20×50mm的BSO单晶作为籽晶，将硅酸铋多晶料和籽晶及掺杂剂Y2O3粉体（Y3+掺杂量为200ppm）装入铂金坩埚，然后采用坩埚下降法进行晶体生长：先用15小时将炉温升至1120℃，然后保温6小时，再逐渐提升引下管，待坩埚内的晶料全部熔成熔体后，以0.4mm/h的速率下降引下管，进行晶体生长；生长结束，切断电源，自然冷却至室温，取出晶体。
将所得晶体加工为20×20×35mm的晶块，两端面抛光后，进行透光率测试。
实施例2
将纯度不低于99.99％的Bi2O3和SiO2粉料，按化学计量比精确配料并加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.2at%Bi2O3粉料，进行混匀、压块，然后在900℃下烧结5小时；再将烧结料研磨后再次压块，在950℃下烧结10小时，得到硅酸铋多晶料；
取晶向为<100>，尺寸为20×20×50mm的BSO单晶作为籽晶，将硅酸铋多晶料和籽晶及掺杂剂Y2O3粉体（Y3+掺杂量为500ppm）装入铂金坩埚，然后采用坩埚下降法进行晶体生长：先用20小时将炉温升至1120℃，然后保温6小时，再逐渐提升引下管，待坩埚内的晶料全部熔成熔体后，以0.4mm/h的速率下降引下管，进行晶体生长；生长结束，切断电源，自然冷却至室温，取出晶体。
将所得晶体加工为20×20×2mm的晶片，两端面抛光后，进行透光率测试。
实施例3
将纯度不低于99.99％的Bi2O3和SiO2粉料，按化学计量比精确配料并加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.2at%Bi2O3粉料，进行混匀、压块，然后在900℃下烧结5小时；再将烧结料研磨后再次压块，在950℃下烧结10小时，得到硅酸铋多晶料；
取晶向为<100>，尺寸为20×20×50mm的BSO单晶作为籽晶，将硅酸铋多晶料和籽晶及掺杂剂Y2O3粉体（Y3+掺杂量为800ppm）装入铂金坩埚，然后采用坩埚下降法进行晶体生长：先用20小时将炉温升至1120℃，然后保温6小时，再逐渐提升引下管，待坩埚内的晶料全部熔成熔体后，以0.4mm/h的速率下降引下管，进行晶体生长；生长结束，切断电源，自然冷却至室温，取出晶体。
将所得晶体加工为20×20×2mm的晶片，两端面抛光后，进行透光率测试。
实施例4
将纯度不低于99.99％的Bi2O3和SiO2粉料，按化学计量比精确配料并加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.2at%Bi2O3粉料，进行混匀、压块，然后在900℃下烧结5小时；再将烧结料研磨后再次压块，在950℃下烧结10小时，得到硅酸铋多晶料；
取晶向为<100>，尺寸为20×20×50mm的BSO单晶作为籽晶，将硅酸铋多晶料和籽晶及掺杂剂Y2O3粉体（Y3+掺杂量为1000ppm）装入铂金坩埚，然后采用坩埚下降法进行晶体生长：先用15小时将炉温升至1120℃，然后保温6小时，再逐渐提升引下管，待坩埚内的晶料全部熔成熔体后，以0.4mm/h的速率下降引下管，进行晶体生长；生长结束，切断电源，自然冷却至室温，取出晶体。
将所得晶体加工为20×20×2mm的晶片和20×20×35mm的晶块，两端面抛光后，进行透光率测试。
实施例5
将纯度不低于99.99％的Bi2O3和SiO2粉料，按化学计量比精确配料并加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.2at%Bi2O3粉料，进行混匀、压块，然后在900℃下烧结5小时；再将烧结料研磨后再次压块，在950℃下烧结10小时，得到硅酸铋多晶料；
取晶向为<100>，尺寸为20×20×50mm的BSO单晶作为籽晶，将硅酸铋多晶料和籽晶及掺杂剂Y2O3粉体（Y3+掺杂量为1500ppm）装入铂金坩埚，然后采用坩埚下降法进行晶体生长：先用15小时将炉温升至1120℃，然后保温6小时，再逐渐提升引下管，待坩埚内的晶料全部熔成熔体后，以0.4mm/h的速率下降引下管，进行晶体生长；生长结束，切断电源，自然冷却至室温，取出晶体。
将所得晶体加工为20×20×2mm的晶片和20×20×35mm的晶块，两端面抛光后，进行透光率测试。
图1是对比例及实施例所获得的BSO晶体在厚度均为2mm下的透光率对比图，图2是对比例及实施例所获得的BSO晶体在厚度均为35mm下的透光率对比图，由图1和图2所示结果可见：在晶体厚度为2mm时，Y3+掺杂对BSO晶体在300～600nm波段的透光率稍有提高，但在晶体厚度为35mm时，显示Y3+掺杂对BSO晶体在300～600nm波段的透光率有明显提高。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种硅酸铋闪烁晶体，其特征在于：所述硅酸铋闪烁晶体中单掺杂有Y3+，Y3+的掺杂量为200～2000ppm，所述的Y3+的掺杂量是相对于硅酸铋晶体的摩尔比。
2.一种制备权利要求1所述的硅酸铋闪烁晶体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)采用固相法制备硅酸铋多晶料，再按所述掺杂量掺入掺杂剂后装入坩埚中；
b)采用BSO籽晶，在空气气氛下用坩埚下降法进行晶体生长。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述硅酸铋多晶料的制备包括如下操作：将Bi2O3粉料和SiO2粉料按2:3的摩尔比配料后，再加入以Bi2O3粉料的加量为基准计的0.1～2at％的Bi2O3粉料，然后进行混匀、压块，再在850～950℃下烧结5～10小时；然后将烧结料研磨后再次压块，再在850～950℃下烧结5～10小时，即得硅酸铋多晶料。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述掺杂剂为Y2O3粉体。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：掺杂剂的掺入采用机械混合方式。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：BSO籽晶的取向为<100>。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进行晶体生长的操作包括如下步骤：将坩埚封闭后装入引下管，在10～30小时内升温至1000～1200℃，保温1～5小时，然后提升引下管，待晶料全部熔化后，再以0.2～1.0毫米/小时的速度下降引下管，进行晶体生长。
8.权利要求1所述的硅酸铋闪烁晶体应用于制备核物理及高能物理探测材料。
CN201310728244.7A 2013-12-25 2013-12-25 一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用 Active CN103643293B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310728244.7A CN103643293B (zh) 2013-12-25 2013-12-25 一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310728244.7A CN103643293B (zh) 2013-12-25 2013-12-25 一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103643293A CN103643293A (zh) 2014-03-19
CN103643293B true CN103643293B (zh) 2016-04-13

Family

ID=50248571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310728244.7A Active CN103643293B (zh) 2013-12-25 2013-12-25 一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103643293B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106948006A (zh) * 2017-02-28 2017-07-14 上海应用技术大学 一种高光输出硅酸铋闪烁晶体及其制备方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104562205B (zh) * 2015-01-28 2017-05-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种阴阳离子共掺杂的硅酸铋闪烁晶体及其制备方法
CN105586638A (zh) * 2016-03-08 2016-05-18 上海应用技术学院 一种铌酸钾铅压电单晶的制备方法
CN107268086B (zh) * 2016-04-06 2019-03-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种提高硅酸铋闪烁晶体近紫外波段透过率的方法
US11414341B2 (en) * 2018-03-14 2022-08-16 Glass Coatings & Concepts, LLC Doped bismuth silicate crystals via devitrification of glass forming liquids
CN110295394A (zh) * 2018-03-23 2019-10-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种硅酸铋闪烁晶体的旋转下降法生长工艺
CN110451810B (zh) * 2019-09-20 2021-08-03 陕西科技大学 一种CuO掺杂Bi2SiO5多晶玻璃的制备方法
CN114232094A (zh) * 2021-12-29 2022-03-25 上海应用技术大学 一种铀掺杂硅酸铋闪烁晶体及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1072221A (zh) * 1991-11-01 1993-05-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 硅酸铋(bso)单晶的坩埚下降法生长
CN101144187A (zh) * 2007-07-02 2008-03-19 哈尔滨工业大学 Y和Zn双掺杂钨酸铅晶体及其制备方法
CN101709508A (zh) * 2009-11-10 2010-05-19 陕西科技大学 一种含铋的闪铋矿硅酸铋晶体的制备方法
CN102002754A (zh) * 2010-12-28 2011-04-06 上海应用技术学院 硅酸铋闪烁晶体的定形提拉生长方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1072221A (zh) * 1991-11-01 1993-05-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 硅酸铋(bso)单晶的坩埚下降法生长
CN101144187A (zh) * 2007-07-02 2008-03-19 哈尔滨工业大学 Y和Zn双掺杂钨酸铅晶体及其制备方法
CN101709508A (zh) * 2009-11-10 2010-05-19 陕西科技大学 一种含铋的闪铋矿硅酸铋晶体的制备方法
CN102002754A (zh) * 2010-12-28 2011-04-06 上海应用技术学院 硅酸铋闪烁晶体的定形提拉生长方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Crystal growth of BSO (Bi4Si3O12) by vertical Bridgeman method;M. Ishii，等;《Journal of Crystal Growth》;19990815;第205卷;题目，第2节Experimental procedure第1-3段 *
硅酸铋（BSO）晶体闪烁性能研究;何景棠，等;《高能物理与核物理》;19971021;第21卷(第10期);886-890 *
硅酸铋（BSO）闪烁晶体的研究综述;张争光，等;《陶瓷》;20090925(第9期);第1页左栏倒数第4行-右栏第3行 *
稀土元素（Ce、Nd和Eu）掺杂Bi4Si3O12晶体的生长与性能;费一汀，等;《人工晶体学报》;19990228;第28卷(第1期);37-41 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106948006A (zh) * 2017-02-28 2017-07-14 上海应用技术大学 一种高光输出硅酸铋闪烁晶体及其制备方法
CN106948006B (zh) * 2017-02-28 2019-04-16 上海应用技术大学 一种高光输出硅酸铋闪烁晶体及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103643293A (zh) 2014-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103643293B (zh) 一种硅酸铋闪烁晶体及其制备方法和应用
CN101871125B (zh) 高温稀土氧化物激光晶体及其制备方法
CN106948006B (zh) 一种高光输出硅酸铋闪烁晶体及其制备方法
EP3572561A1 (en) Gallium oxide-doped crystalline material, preparation method and application thereof
CN102011187B (zh) 硅锗酸铋混晶及其制备方法
CN107354509B (zh) 一种掺钇氟化钡晶体及其制备方法和应用
CN102220644B (zh) 一种提高碲锌镉晶体性能的方法
CN102002754B (zh) 硅酸铋闪烁晶体的定形提拉生长方法
Min et al. Investigation of Te inclusions in CdZnTe crystalline material using Raman spectroscopy and IR techniques
CN102443853B (zh) 一种掺杂稀土离子的钨酸铅大单晶的制备方法
CN102560666B (zh) 一种石榴石结构复合激光晶体的制备方法
CN104562205A (zh) 一种阴阳离子共掺杂的硅酸铋闪烁晶体及其制备方法
CN110366612A (zh) 化合物半导体及它的制造方法
CN102618928A (zh) 一种高效中红外激光晶体及其制备方法
CN101935879B (zh) 镱铋双掺杂钨酸铅晶体及其制备方法
CN101597796A (zh) 硼酸钆锂晶体的晶体生长方法
CN105220231A (zh) 一种硅硼酸铽磁光晶体及其制备方法和应用
CN102383186B (zh) 提拉法在非化学计量比熔体中生长Ca12Al14O33单晶的方法
CN105350083A (zh) 硼酸碲铋化合物、硼酸碲铋非线性光学晶体、硼酸碲铋闪烁晶体及制备方法和应用
CN114361349A (zh) 一种离子迁移小的钙钛矿单晶x射线探测器及制作方法
CN106835280B (zh) 一种稀土离子Ln3+掺杂铝酸钆锶激光晶体
CN110004485A (zh) 一种稀土元素铈掺杂的闪烁晶体及其制备方法
US20110084233A1 (en) Scintillation materials in single crystal or polycrystalline form with improved properties, especially light yield and strain birefringence
CN100390327C (zh) 一种利用复合助熔剂生长锆钛锡酸铅镧单晶的方法
CN102229437B (zh) 一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 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