CN106319635A - 一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法 - Google Patents

一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法 Download PDF

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石自彬
岑伟
李和新
徐扬
龙勇
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

本发明公开了一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，包括如下步骤：1）将若干待处理的LuYAP晶体置于加热炉中，2）先将炉内温度从室温下加热到500℃，然后再加热到保温温度1000‑1600℃；3）在保温温度下保温2h‑100h；4）保温结束后，先冷却到500℃，再冷却到100℃，最后自然冷却至室温。本发明能够减少和消除氧空位点缺陷并恢复LuYAP晶体固有光输出特性。

Description

一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法
技术领域
本发明涉及铈掺杂铝酸钇镥(LuYAP)晶体应用技术领域，尤其涉及一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法。
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，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。伴随着科学技术的发展，不同的应用领域对无机闪烁晶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存在差异，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。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。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研究的热点。
LuYAP晶体具有衰减时间短、光产额高、密度高、有效原子序数大、不潮解的特性，同时具有良好的物理化学稳定性，是综合性能优良的新型闪烁体材料。
LuYAP晶体熔点在2000℃左右，需要使用高熔点的金属铱坩埚作为容器。为了保护生长坩埚不被氧化，生长过程必须在低氧条件下进行，一般将生长环境氧浓度保持在2%以下。这就造成了晶体中存在一定的氧空位缺陷，进而影响到了光输出性能。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，能够减少和消除氧空位点缺陷并恢复LuYAP晶体固有光输出特性。
为了解决上述技术问题，本发明提出在高温有氧环境下，通过对LuYAP晶体进行氧扩散，弥补晶体生长中的氧空位；具体技术方案是这样的：一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将若干待处理的LuYAP晶体置于加热炉中，其中，加热炉内的气压大于等于大气压力，且氧浓度大于等于空气中氧浓度；
2）先以100℃/h 的速率将炉内温度从室温下加热到500℃，然后再以70℃/h 的速率加热到保温温度1000-1600℃；
3）在保温温度下保温2h-100h；
4）保温结束后，先以70℃/h 的速率冷却到500℃，再以100℃/h 的速率冷却到100℃，最后自然冷却至室温。
进一步地，待处理的LuYAP晶体由Cex(Lu1-yYy)1-xAlO3-z组成，其中0.00001<x<0.1，0<y<1，0<z<3。
进一步地，在保温过程中，通过控制保温时间，使Ce3+不氧化为Ce4+。
进一步地，待处理的LuYAP晶体为棒状、块状或片状结构。
进一步地，在加热炉上铺设有LuYAP多晶料，所述LuYAP晶体置于LuYAP多晶料上，且LuYAP多晶料之间具有间隙。
本发明在特定的气氛、温度条件下进行，可以将LuYAP晶体完全氧化，也可以进行氧扩散而不将Ce3+氧化为Ce4+。在高温有氧环境下通过对LuYAP晶体进行氧扩散，能够减少和消除氧空位点缺陷并恢复LuYAP晶体固有光输出特性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过高温含氧环境下加热LuYAP晶体一段时间，在控制一定的温度、时间条件下，能够有效弥补晶体中的氧空位，使晶体的光输出得到提高，可以提高10%以上，更好地满足了后续应用对材料的要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例：一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，包括如下步骤：
1）将若干待处理（在低氧条件下生长成型）的LuYAP晶体置于加热炉中，所述待处理的LuYAP晶体由Cex(Lu1-yYy)1-xAlO3-z组成，其中0.00001<x<0.1，0<y<1，0<z<3，且待处理的LuYAP晶体为棒状、块状或片状结构。其中，加热炉内的气压大于等于大气压力，且氧浓度大于等于空气中氧浓度。具体实施时，在加热炉上铺设有LuYAP多晶料，所述LuYAP晶体置于LuYAP多晶料上，且LuYAP多晶料之间具有间隙；从而防止处理的LuYAP晶体与保温材料接触，造成其它离子扩散进入晶体，采用同样材质的LuYAP多晶料不会带来异种离子进入，以保证LuYAP晶体质量。
2）先以100℃/h 的速率将炉内温度从室温下加热到500℃，然后再以70℃/h 的速率加热到保温温度1000-1600℃。
3）在保温温度下保温2h-100h；通过足够长的时间，使LuYAP晶体充分氧化；实际操作过程中，根据需要，在保温过程中，通过控制保温时间，使Ce3+不氧化为Ce4+；从而保证有更多的有效发光中心，以进一步实现光输出增强的效果。
4）保温结束后，先以70℃/h 的速率冷却到500℃，再以100℃/h 的速率冷却到100℃，最后自然冷却至室温。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将若干待处理的LuYAP晶体置于加热炉中，其中，加热炉内的气压大于等于大气压力，且氧浓度大于等于空气中氧浓度；
2）先以100℃/h 的速率将炉内温度从室温下加热到500℃，然后再以70℃/h 的速率加热到保温温度1000-1600℃；
3）在保温温度下保温2h-100h；
4）保温结束后，先以70℃/h 的速率冷却到500℃，再以100℃/h 的速率冷却到100℃，最后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，其特征在于：待处理的LuYAP晶体为Cex(Lu1-yYy)1-xAlO3-z，其中0.00001<x<0.1，0<y<1，0<z<3。
3.根据权利要求2所述的一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，其特征在于：在保温过程中，通过控制保温时间，使Ce3+不氧化为Ce4+。
4.根据权利要求1所述的一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，其特征在于：待处理的LuYAP晶体为棒状、块状或片状结构。
5.根据权利要求1所述的一种铈掺杂铝酸钇镥闪烁晶体光输出增强方法，其特征在于：在加热炉上铺设有LuYAP多晶料，所述LuYAP晶体置于LuYAP多晶料上，且LuYAP多晶料之间具有间隙。
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