CN104861976A - 一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法 - Google Patents
一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104861976A CN104861976A CN201510273218.9A CN201510273218A CN104861976A CN 104861976 A CN104861976 A CN 104861976A CN 201510273218 A CN201510273218 A CN 201510273218A CN 104861976 A CN104861976 A CN 104861976A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- raw material
- crucible
- rare earth
- atmosphere
- preparation
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- -1 Rare earth silicate Chemical class 0.000 title claims abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 36
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 33
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 25
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 claims description 25
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 19
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 3
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical group [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 abstract description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 description 26
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 24
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 23
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 23
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 21
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N lutetium atom Chemical compound [Lu] OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 15
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Chemical compound [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N dihydroxy(oxo)silane Chemical compound O[Si](O)=O IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 4
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 3
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 3
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013553 LiNO Inorganic materials 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910004573 CdF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPDMMXDBJGCCQC-UHFFFAOYSA-N [Na].[Cl] Chemical compound [Na].[Cl] DPDMMXDBJGCCQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L barium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ba+2] OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001632 barium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- ORCSMBGZHYTXOV-UHFFFAOYSA-N bismuth;germanium;dodecahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Ge].[Ge].[Ge].[Bi].[Bi].[Bi].[Bi] ORCSMBGZHYTXOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FJDQFPXHSGXQBY-UHFFFAOYSA-L caesium carbonate Chemical compound [Cs+].[Cs+].[O-]C([O-])=O FJDQFPXHSGXQBY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000024 caesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N europium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Eu+3].[Eu+3] AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000009206 nuclear medicine Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- WPFGFHJALYCVMO-UHFFFAOYSA-L rubidium carbonate Chemical compound [Rb+].[Rb+].[O-]C([O-])=O WPFGFHJALYCVMO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000026 rubidium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVOIJBIQBYRBCF-UHFFFAOYSA-H yttrium(3+);tricarbonate Chemical compound [Y+3].[Y+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O QVOIJBIQBYRBCF-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
本发明属于闪烁材料技术领域，具体公开了一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法，所述闪烁材料的化学组成式为：M3RE1-xCexSi3O9，其中，x为Ce置换RE的摩尔比，0<x≤0.3；M为Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或多种；RE为La、Gd、Y、Lu中的一种或多种；该闪烁材料在X-射线激发下有强的荧光发射，其发光波长为320～580 nm，在紫外光激发下其荧光寿命为30 ns左右，在空气中能够稳定存在，具有良好的物理化学稳定性和闪烁性能，具有实际的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及闪烁材料技术领域，更具体地，涉及一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法。
背景技术
闪烁材料是在高能射线激发下能产生高效荧光发射的发光材料。在X-射线、γ-射线或其它荷电粒子辐照下，闪烁材料发出荧光，光敏器件（如光电倍增管、CCD、光电二极管等）将材料所发射出的荧光转变为放大的电脉冲，然后经电子仪器记录下来，实现对高能射线信号的探测。
近几十年来，由于在高能物理、高能射线、核医学成像以及工业无伤探测等领域的广泛应用，闪烁材料得到了极大的发展。其中数量最多、应用范围最广的当属无机材料闪烁材料。
尽管不同应用领域对闪烁材料的性能要求不同，但大多数领域都希望其具有高的光产额、高的辐射硬度、快的荧光衰减时间以及好的能量分辨率。随着科学技术的进步，人们对于闪烁材料性能的要求越来越高，对于新的性能优越的闪烁材料也越来越渴望。
目前广泛应用的闪烁材料有锗酸铋（Bi4Ge3O12）、氟化钡（BaF2）、掺铊碘化钠 (NaI：Tl)、钨酸铅（PbWO4）等，这些材料都有一些不足之处：Bi4Ge3O12光产额低；BaF2衰减较慢；NaI：Tl易潮解；PbWO4发光效率低等等。
近年来，人们也对许多新型闪烁材料进行了探索，如CdF2（Takayuki Yanagida, Yutaka Fujimoto, Masanori Koshimizu and Kentaro Fukud, Scintillation properties of CdF2 crystal. Journal of Luminescence, 157(2015) 293-296）。此材料光产额及耐高温性能较差，且合成过程因含镉和氟而不易操作。
硅酸盐材料具有多种多样的结构、稳定的物理化学性能、好的热稳定性以及高的发光效率。人们对于许多性能优异的硅酸盐闪烁材料进行了研究，如Lu2SiO5:Ce3+、Lu2Si2O7:Ce3+等（C. L. Melcher, J. S. Schweitzer. A promising new scintillator: cerium-doped lutetium oxyorthosilicate. Nucl. Instrum. Meth. in Phys. Res. A, 314(1992): 212-214、D. Pauwels, N. Le Masson, B. Viana, A. Kahn-Harari, E.V.D. van Loef, P. Dorenbos, C.W.E. van Eijk. A novel inorganic scintillator: Lu2Si2O7:Ce3+ (LPS). IEEE T. Nucl. Sci., 47(2000):1787-1790），但是Lu2SiO5:Ce3+和Lu2Si2O7:Ce3+晶体熔点较高（＞1900 ℃），给晶体生长带来了不利，造成晶体生长过程中需要耗费较多的能量和贵金属坩埚容器损耗严重等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有闪烁材料晶体熔点高的缺陷，提供一种具有低熔点的稀土硅酸复盐闪烁材料，所述闪烁材料具有性能稳定、光产额高、荧光衰减快等优点。
本发明的第二个目的是提供上述闪烁材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：
一种稀土硅酸复盐闪烁材料，所述闪烁材料的化学组成式为：M3RE1-xCexSi3O9，其中，x为Ce置换RE的摩尔比，0 < x ≤ 0.3；M为Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或多种；RE为La、Gd、Y、Lu中的一种或多种。
优选地，0 < x ≤ 0.1时，所得闪烁材料的性能更佳。
三价铈离子（Ce3+）结构简单，只有一个4f电子，其5d-4f是允许跃迁，荧光衰减非常快（几十纳秒），量子效率高，现有技术中也有很多掺杂Ce3+的发光材料，但这些材料多少都会有些缺点，发明人将Ce3+掺杂M3RESi3O9，通过控制Ce与RE的置换比，从而获得性能稳定、荧光衰减快、光产额高的闪烁材料。
本发明还提供上述闪烁材料的制备方法，即分别称取含碱金属的原料、含RE的原料、含Ce的原料和含硅酸根的原料充分混合，在还原气氛或空气中煅烧、冷却、粉碎后即得闪烁材料，具体为按化学计量比准确称量上述原料，并研磨混合均匀，置于加热炉中，在还原气氛或空气气氛下煅烧，待炉温自然冷却后取出，粉碎后即得粉末闪烁发光材料，所述含Ce的原料中Ce和含RE的原料中RE的元素摩尔比为0.005～0.439：1。
本发明所采用的含碱金属的原料为加热能分解为碱金属氧化物的碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属草酸盐、碱金属氢氧化物中的一种或多种；含RE的原料为稀土氧化物或加热能分解为稀土氧化物的稀土碳酸盐、稀土硝酸盐、稀土草酸盐、稀土氢氧化物中的一种或多种；含硅酸根的原料为二氧化硅或者加热能产生二氧化硅的硅酸中的一种或两种。
优选地，所述还原气氛为一氧化碳气氛、氢气气氛、H2和氮气混合气氛、H2和氩气混合气氛。
优选地，所述煅烧温度为700～1400 ℃，煅烧时间为2～24 h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种稀土硅酸复盐闪烁材料，所述闪烁材料的化学组成式为：M3RE1-xCexSi3O9，其中，x为Ce置换RE的摩尔比，0 < x ≤ 0.3；M为Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或多种；RE为La、Gd、Y、Lu中的一种或多种；该闪烁材料在X-射线激发下有强的荧光发射，其发光波长为320～580 nm，在紫外光激发下其荧光寿命为30 ns左右，在空气中能够稳定存在，具有良好的物理化学稳定性和闪烁性能，熔点低，便于后续晶体生长制备。
附图说明
图1为实施例2所得闪烁材料在X射线激发下的荧光发射光谱（a）及荧光寿命曲线（b）。
图2为室温下Na3Lu1-xCexSi3O9（x = 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.09）的荧光发射光谱。
图3为实施例2所得闪烁材料荧光强度随温度变化曲线。
图4为室温下Na3Lu1-xCexSi3O9（x = 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.09）的荧光寿命曲线。
图5为实施例2所得闪烁材料在不同温度（300-500 K）下的荧光寿命曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0043 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，空气气氛下在1100 ℃煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例2
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0086 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，空气气氛下在1100 ℃煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例3
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0258 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，空气气氛下在1100 ℃煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例4
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0430 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，空气气氛下在1100 ℃煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例5
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0602 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，空气气氛下在1100 ℃煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例6
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，空气气氛下在1100 ℃煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例7
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0086 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，在大氧化铝坩埚中放入炭块，再将大坩埚放入加热炉中，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例8
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9053 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例9
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9053 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，5% H2+95% Ar气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例10
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9899 g、氧化铈（CeO2）0.0043 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，5% H2+95% Ar气氛下，在1200 ℃下煅烧5小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例11
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9451 g、氧化铈（CeO2）0.0430 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1300 ℃下煅烧5小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例12
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0086 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，在大氧化铝坩埚中放入炭块，再将大坩埚放入加热炉中，氢气气氛下在1000 ℃煅烧10小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例13
称取硅酸（H2SiO3）1.7150 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、氧化铈（CeO2）0.0086 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，在大氧化铝坩埚中放入炭块，再将大坩埚放入加热炉中，空气气氛下在1100 ℃煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例14
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、氧化镥（Lu2O3）0.9848 g、硝酸铈（Ce(NO3)3·6H2O）0.0217 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，在大氧化铝坩埚中放入炭块，再将大坩埚放入加热炉中，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例15
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、氯化钠（NaCl）1.7533 g、氧化镥（Lu2O3）0.9053 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例16
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钠（Na2CO3）0.7949 g、碳酸钇（Y2(CO3)3·3H2O）0.9370 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例17
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钾（K2CO3）1.0365 g、氧化镥（Lu2O3）0.9053 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，5% H2+95% N2气氛下，在1200 ℃下煅烧5小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例18
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钾（K2CO3）1.0365 g、氧化钆（Gd2O3）0.8247g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1200 ℃下煅烧5小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例19
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、无水碳酸钾（K2CO3）1.0365 g、氧化钆（Gd2O3）0.8609 g、氧化铈（CeO2）0.0430 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例20
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、硝酸锂（LiNO3）1.0342 g、氧化钆（Gd2O3）0.8247 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例21
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、硝酸锂（LiNO3）1.0342 g、氧化镧（La2O3）0.7412 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例22
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、碳酸铷（Rb2CO3）1.7321 g、氧化镧（La2O3）0.7412 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实施例23
称取二氧化硅（SiO2）0.9013 g、碳酸铯（Cs2CO3）2.4436 g、氧化镧（La2O3）0.7412 g、氧化铈（CeO2）0.0775 g，在研钵中研磨混合均匀后，转移至氧化铝坩埚中，将坩埚放入一个大的氧化铝坩埚中，再将大坩埚放入加热炉中，10% H2+90% N2气氛下，在1100 ℃下煅烧8小时，自然冷却至室温，研磨即得到粉末闪烁材料。
实验结果如图1～5，图1为实施例2所得闪烁材料在X射线激发下的荧光发射光谱（a）及荧光寿命曲线（b）；由图1可知，闪烁材料在X-射线激发下的荧光波长在320～580 nm范围内，发射主峰位于395 nm左右，能与光敏器件探测波长很好地吻合；其荧光寿命为29.8 ns，显示出了快的荧光衰减性质。
图2为室温下Na3Lu1-xCexSi3O9（x = 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.09）的荧光发射光谱，其中，x为Ce3+掺杂浓度，Ce3+掺杂浓度为0.5 at%（实施例1）、1.0 at%（实施例2）、3.0 at%（实施例3）、5.0 at%（实施例4）、7.0 at%（实施例5）、9.0 at%（实施例6），闪烁材料荧光强度与Ce3+掺杂浓度的关系，从图2可以看出，当Ce3+掺杂浓度为1.0 at%时，闪烁材料具有最强荧光发射强度。
图3为实施例2所得闪烁材料荧光强度随温度变化曲线，从图中可以看出，随着温度从300 K（27℃）上升到500 K（227℃），闪烁材料的荧光强度逐渐降低。
图4为室温下Na3Lu1-xCexSi3O9（x = 0.005, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.09）的荧光寿命曲线，其中，x为Ce3+掺杂浓度，Ce3+掺杂浓度为0.5 at%（实施例1）、1.0 at%（实施例2）、3.0 at%（实施例3）、5.0 at%（实施例4）、7.0 at%（实施例5）、9.0 at%（实施例6），闪烁材料荧光强度与Ce3+掺杂浓度的关系，从图4可以看出，当Ce3+掺杂浓度高于1.0 at%，其荧光寿命随着掺杂浓度的升高而降低。
图5为实施例2所得闪烁材料在不同温度（300-500 K）下的荧光寿命曲线，从图中可以看出，随着温度从300 K（27℃）上升到500 K（227℃），样品的荧光衰减越来越快。
对比例1
实验方法同实施例2，唯一不同的是，氧化镥的用量为0.3979 g，氧化铈的用量为0.5163 g，将得到的粉末闪烁材料与实施例2所得到的粉末闪烁材料进行性能检测，结果表明：所得粉末材料因强烈的浓度猝灭而检测不到发光。
对比例2
实验方法同实施例16，唯一不同的是，将原料氧化铈（CeO2）0.0775 g替换为氧化铕（Eu2O3）0.0792 g，将得到的粉末闪烁材料与实施例16所得到的粉末闪烁材料进行性能检测，结果表明：所得粉末材料发光为线状发射，发射主峰位于590 nm和611 nm，荧光寿命为5.29 ms，远大于实施例16的衰减时间（约30 ns），不具有快衰减性质。
对比例3
实验方法同实施例2，唯一不同的是，氧化镥的用量为0.7958 g，氧化铈的用量为0.1721 g，将得到的粉末闪烁材料与实施例2所得到的粉末闪烁材料进行性能检测，结果表明：所得粉末材料发光强度与实施例2相比非常弱，不利于闪烁发光信号的收集。
Claims (6)
1.一种稀土硅酸复盐闪烁材料，其特征在于，所述闪烁材料的化学组成式为：M3RE1-xCexSi3O9，其中，x为Ce置换RE的摩尔比，0 < x ≤ 0.3；M为Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或多种；RE为La、Gd、Y、Lu中的一种或多种。
2. 根据权利要求1所述的闪烁材料，其特征在于，0 < x ≤ 0.1。
3. 权利要求1所述闪烁材料的制备方法，其特征在于，分别称取含碱金属的原料、含RE的原料、含Ce的原料和含硅酸根的原料充分混合，在还原气氛或空气中煅烧、冷却、粉碎后即得闪烁材料；所述含Ce的原料中Ce和含RE的原料中RE的元素摩尔比为0.0005～0.439：1。
4. 根据权利要3所述的制备方法，其特征在于，所述含碱金属的原料为碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属草酸盐、碱金属氢氧化物中的一种或多种；含RE的原料为稀土氧化物、稀土碳酸盐、稀土硝酸盐、稀土草酸盐、稀土氢氧化物中的一种或多种；所述含硅酸根的原料为二氧化硅、硅酸中的一种或两种。
5. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述还原气氛为一氧化碳气氛、氢气气氛、氢气和氮气混合气氛、氢气和氩气混合气氛。
6. 根据权利要3所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为700～1400℃，煅烧时间为2～24 h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510273218.9A CN104861976A (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510273218.9A CN104861976A (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104861976A true CN104861976A (zh) | 2015-08-26 |
Family
ID=53908168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510273218.9A Pending CN104861976A (zh) | 2015-05-26 | 2015-05-26 | 一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104861976A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114806571A (zh) * | 2021-01-18 | 2022-07-29 | 松山湖材料实验室 | 一种闪烁体材料及其制备方法和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1587447A (zh) * | 2004-08-04 | 2005-03-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 掺铈焦硅酸镥高温闪烁单晶体的制备方法 |
| CN104562205A (zh) * | 2015-01-28 | 2015-04-29 | 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 |
-
2015
- 2015-05-26 CN CN201510273218.9A patent/CN104861976A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1587447A (zh) * | 2004-08-04 | 2005-03-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 掺铈焦硅酸镥高温闪烁单晶体的制备方法 |
| CN104562205A (zh) * | 2015-01-28 | 2015-04-29 | 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 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DUARTE ANANIAS等: "Optical Detection of Solid-State Chiral Structures with Unpolarized Light and in the Absence of External Fields", 《ANGEW. CHEM. INT. ED.》 * |
| 周建邦，等: "含镥硅酸复盐Na3LuSi3O9:Ce3+的合成与发光性质研究", 《第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114806571A (zh) * | 2021-01-18 | 2022-07-29 | 松山湖材料实验室 | 一种闪烁体材料及其制备方法和应用 |
| CN114806571B (zh) * | 2021-01-18 | 2023-08-29 | 松山湖材料实验室 | 一种闪烁体材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103597374B (zh) | 透明玻璃闪烁体，制备方法及应用装置 | |
| CN101665695B (zh) | Pr3+掺杂(YxLa1-x)2O3发光材料制备方法 | |
| CN101288003A (zh) | 高光产量快速闪烁体 | |
| CN105543963A (zh) | 由低成本稀土原料制备的稀土闪烁晶体及其低成本生长工艺 | |
| Shan et al. | Luminescent properties of Tb3+ doped high density borogermanate scintillating glasses | |
| CN101545140A (zh) | 铈锰共掺的铝酸钇(镥)超快闪烁晶体及其制备方法 | |
| JP2006233185A (ja) | 放射線検出用金属ハロゲン化物及びその製造方法並びにシンチレータ及び放射線検出器 | |
| 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 | |
| US8771546B2 (en) | Borate luminous material and preparation method thereof | |
| CN103275716B (zh) | 一种铒镱共掺杂钨酸盐上转换发光材料、制备方法及其应用 | |
| CN103951197A (zh) | 稀土离子掺杂的Cs2LiYBr6微晶玻璃及其制备方法 | |
| CN102428160B (zh) | 绿色发光材料及其制备方法 | |
| CN104861976A (zh) | 一种稀土硅酸复盐闪烁材料及其制备方法 | |
| CN113549458B (zh) | 一种基于磷灰石结构的高显色性三价Eu离子掺杂的红色荧光材料及其制备方法 | |
| CN102241978B (zh) | 一种稀土钛钽酸盐基发光材料及其制备方法 | |
| CN103951212A (zh) | 稀土离子掺杂的LaBr3微晶玻璃及其制备方法 | |
| CN117721537A (zh) | 竞争发光中心的稀土正硅酸盐闪烁材料及其制备方法和应用 | |
| CN102191051A (zh) | 硼酸盐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 | |
| CN103951198A (zh) | 稀土离子掺杂的Cs2LiGdBr6微晶玻璃及其制备方法 | |
| 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 | |
| CN103951234B (zh) | 稀土离子掺杂的K2LuBr5微晶玻璃及其制备方法 | |
| CN103468259B (zh) | 一种钒钨酸钡自激活发光材料、制备方法及应用 | |
| Shimin et al. | Growth and Crystal Luminescence Properties of Cerium Doped Yttrium-Gadolinium Pyrosilicate. | |
| CN103059856B (zh) | 一种镱离子Yb3+激活的钼硼酸盐上转换发光材料及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150826 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |