CN112630818A - 一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料及其制备方法和应用，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料的化学式为RE2(1‑x)Ce2xSi(1‑y)MyO5，其中RE为稀土离子，M为硅格位的取代离子，选自铝Al、铍Be、硼B、碳C、磷P、钒V、铁Fe、锗Ge、砷As、硒Se、碲Te中至少一种；0＜x≤0.05，0＜y≤0.1。

Description

一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种具有优异发光性能的硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料及其制备方法及其应用，属于涉及闪烁材料技术领域。
背景技术
无机闪烁材料是一种能将高能光子(X/γ射线)或粒子(质子、中子等)的能量转换成易于探测的紫外/可见光子的晶态能量转换体。无机闪烁晶体做成的探测器被广泛应用于高能物理、核物理、空间物理、核医学诊断(XCT、PET)、地质勘探以及安全稽查等领域。随着核探测及相关技术的飞速发展，对闪烁晶体的性能提出了更高要求，传统的NaI(Tl)、BGO、PWO等闪烁晶体已经无法满足应用要求，新一代的铝酸盐和硅酸盐闪烁晶体由于其高光输出、快衰减等特性，逐渐成为研究热点。
目前闪烁材料的发展趋势是围绕高输出、快响应、高密度等性能为中心，通过以下两种渠道开展新型闪烁材料的探索研究，提高和改善材料性能：1)通过不同离子的共掺杂，改善现有闪烁材料的不足，提高其闪烁性能，如光产额等；2)通过微观缺陷、共掺杂与闪烁性能之间的相互关系，减少和抑制有害点缺陷，降低闪烁过程中的无辐射跃迁对能量转换的损耗。以稀土离子Ce3+作为激活剂，利用Ce3+的5d→4f宇称允许跃迁来获得高强度快衰减发光，如：Ce:YAG、Ce:GAGG、Ce:LYSO、Ce:GSO、Ce:YAP、Ce:LuAP等是出现的一批新型闪烁材料。和传统NaI:Tl，BGO，BaF2，PWO无机闪烁晶体相比，Ce离子掺杂的高温氧化物晶体兼具有高光输出(约为BGO晶体的2-10倍)和快衰减(约为BGO晶体的1/5-1/20)特性，因此，这类性能优良的闪烁晶体引起科学界的高度重视。Ce离子掺杂的正硅酸盐(硅酸钇LSO晶体和硅酸钇镥(LYSO晶体)因在医学PET(正电子发射断层摄影法)机和工业部门中的计算机断层摄影(CT扫描仪)系统中的重要应用而备受关注，具有高光输出、快发光衰减、有效原子序数多、密度大等特性，是性能优良的闪烁晶体。
目前对于Ce离子掺杂的稀土正硅酸盐闪烁体系，相关文献聚焦于Ce3+所在的稀土格位以及氧所在的阴离子格位的调控。激活离子Ce3+进入稀土格位具有两种化学环境(记为Ce1和Ce2)，Ce1相对Ce2而言发光效率更高，衰减时间更短。对稀土格位进行掺杂调节晶体内Ce1和Ce2的含量，可以有效地改善晶体性能。例如，已经报道了Mg、Ca、Tb在LSO:Ce中的共掺杂效应，发现共掺杂0.2at.％的Ca能提高晶体的光输出，Ca共掺杂导致LSO:Ce中Ce1的含量增多。专利1(中国公布号CN108059957A)公开了稀土格位用Ca或者Mg掺杂，氧位则用F或者Cl阴离子共同掺杂可提高正硅酸盐光输出且降低余辉。专利2(中国公布号CN108139492A)公开了向A2SiO5硅酸盐闪烁体材料的A位掺杂V、Fe元素实现非辐射能量转移从被激发的发光中心带离部分能量，从而导致闪烁响应的主波幅成分的持续时间被显著缩短。中国专利3(公开号CN108560053A)公开了一种镧、镝、铈共掺的硅酸钇镥闪烁材料及其晶体生长方法，通过在LYSO:Ce中共掺杂Dy、La，增加晶体生长的空位，避免晶体氧化过度，保证晶体闪烁性能，拓宽晶体发光光谱，但是晶体最重要的时间性能没有得到改善。中国专利4(公开号CN105986320A)公开了Sc,Ce共掺杂的硅酸镥、硅酸钇镥晶体及其熔体法生长方法，可将荧光寿命缩短到20ns左右，但是Sc离子的掺入会降低Ce离子在晶体中的分凝系数，且不利于能量分辨率。然而，目前对纯粹的稀土正硅酸盐闪烁材料的硅格位的掺杂未见报道。
发明内容
根据实际应用需要以及实现上述目的，本发明的目的在于提供一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料发光性能的方法及其应用，创造出发光性能优异的新闪烁材料，更好地满足高能物理、核物理、空间物理、核医学影像诊断、工业无损探伤、安全稽查、地质和矿物与油井勘探、环境检测领域的使用需求。
第一方面，本发明提供了一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料的化学式为RE2(1-x)Ce2xSi(1-y)MyO5，其中RE为稀土离子，M为硅格位的取代离子，选自铝Al、铍Be、硼B、碳C、磷P、钒V、铁Fe、锗Ge、砷As、硒Se、碲Te中至少一种；0＜x≤0.05，0＜y≤0.1。
在本发明中，本发明人发现稀土正硅酸盐闪烁材料中硅与氧形成[SiO4]，硅格位的掺杂可通过氧离子以及氧空位间接地影响到稀土格位上的激活中心，因此稀土正硅酸盐闪烁材料的硅格位掺杂研究具有重要意义，并且有望获得性能优异的新组分材料。在此基础上，在稀土正硅酸盐闪烁材料的部分硅格位中，选用具有与Si4+半径相近、无明显发光活性(与Ce3+无明显能量竞争关系)的阳离子M取代，发现其发光性能得到较大幅度的改善。前人研究表明稀土正硅酸盐中有一类不与硅原子成键的氧(非硅氧)缺陷形成能较另一类与硅成键形成[SiO4]的氧低，这会导致所形成的缺陷被局域在稀土离子周围，直接影响稀土格位的Ce3+发光。本发明通过硅格位掺杂，调控原本硅格位的氧缺陷形成能，让缺陷(尤其是浅陷阱)不在局域于稀土离子格位，从而实现发光性能的大幅改善。例如，闪烁光输出/光产额提高、能量分辨率降低、荧光发射强度或X-射线激发发射强度变强、发光上升时间或衰减时间缩短中出现一种。以铝离子作为示例，首次将Al3+引入正硅酸盐闪烁晶体Si格位。其中，Al3+离子半径(
Figure BDA0002780213740000031
CN＝6)和Si4+离子半径(
Figure BDA0002780213740000032
CN＝6)接近，Al-O键与Si-O键非常相似，且低价态的阳离子掺杂可能会引入Ce4+，从而绕过Ce3+发射的初始空穴俘获过程，从而缩短衰减时间。
较佳的，0.001≤x≤0.005。
较佳的，0.001≤y≤0.05；或0.05＜y≤0.1。
较佳的，所述RE选自镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)中至少一种，优选为La、Gd、Lu、Y中的至少一种(优选元素中4f壳层电子全空、半满或全满是较佳的基质不会对激活中心的发光形成干扰)，更优选为Lu和Y，最优选为Lu:Y＝9:1。
较佳的，其特征在于，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料中还加入其他掺杂元素A，，化学式为RE2(1-x-d)Ce2xA2dSi1-yMyO5，0＜d≤0.01；所述其他掺杂元素A选自锂Li、钠Na、钾K、铷Rb、铯Cs、镁Mg、钙Ca、锶Sr、钪Sc、铜Cu中至少一种。
较佳的，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料为硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁多晶粉末、硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷、或硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶。
第二方面，本发明提供了一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁多晶粉末的制备方法，包括：
(1)按照硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁多晶粉末的化学式称量A的氧化物和A的碳酸盐中的至少一种、M的氧化物和M的碳酸盐中的至少一种、CeO2、SiO2和RE的氧化物并混合，得到混合粉体；
(2)将所得混合粉体在1000～2000℃下固相反应5～200小时，得到铈共掺正硅酸盐闪烁多晶粉末。
第三方面，本发明提供了一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷的制备方法，包括：
(1)按照硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷的化学式称量A的氧化物和A的碳酸盐中的至少一种、M的氧化物和M的碳酸盐中的至少一种、CeO2、SiO2和RE的氧化物并混合，得到混合粉体；
(2)将所得混合粉体压制成后，在1000～2000℃下固相反应5～200小时，得到铈共掺正硅酸盐闪烁陶瓷；优选地，所述压制成型的压力为0.03GPa～5GPa。
第四方面，本发明提供了一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶的制备方法，包括：
(1)按照硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷的化学式称量A的氧化物和A的碳酸盐中的至少一种、M的氧化物和M的碳酸盐中的至少一种、CeO2、SiO2和RE的氧化物并混合，得到混合粉体；
(2)将所得混合粉体加热至熔化，采用提拉法、坩埚下降法、温度梯度法、热交换法、泡生法、顶部籽晶法、助熔剂晶体生长方法或微下拉法，生长所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶。
第五方面，本发明提供了一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料在射线探测领域中的应用。
有益效果：
1、本专利提出稀土正硅酸盐闪烁材料硅格位取代掺杂的技术方案，并根据合理预测与实验验证筛选出适宜的掺杂离子；
2、稀土正硅酸盐闪烁材料的部分硅格位被取代后发光性能得到较大幅度的改善，闪烁光输出/光产额提高、能量分辨率降低、荧光发射强度或X-射线激发发射强度变强、发光上升时间或衰减时间缩短；
3、硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料能够更好地应用于高能物理、核物理、空间物理、核医学影像诊断、工业无损探伤、安全稽查、地质和矿物与油井勘探、环境检测领域。
附图说明
图1为实施例2中铝铈共掺正硅酸盐闪烁材料的闪烁衰减时间图谱与拟合结果；
图2为实施例2中铝铈共掺正硅酸盐闪烁材料闪烁上升时间图谱；
图3为实施例3中铝铈共掺正硅酸盐闪烁材料闪烁衰减时间图谱与拟合结果；
图4为实施例3中铝铈共掺正硅酸盐闪烁材料的上升时间图谱；
图5为实施例2中铝铈共掺正硅酸盐闪烁材料的多道能谱图显示闪烁光输出与能量分辨率结果。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
在本公开中，硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料，属于单斜晶系，该材料化学式为：RE2(1-x)Ce2xSi(1-y)MyO5，式中2(1-x)为基质离子RE(稀土离子)的含量，2x为掺杂离子Ce3+的含量，1-y为基质Si4+的含量，y为硅位掺杂离子M的含量，并且0＜x≤0.05，0＜y≤0.1。若是y值过量，会因为杂质含量太高完整单晶很难制备，会同时导致闪烁光输出/光产额、能量分辨率、荧光发射强度或X-射线激发发射强度任意一项劣化显著。M选自铝Al、铍Be、硼B、碳C、磷P、钒V、铁Fe、锗Ge、砷As、硒Se、碲Te中至少一种。基质离子RE为稀土离子具体包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)、钇(Y)中至少一种，优选为镥(Lu)、钇(Y)、钆(Gd)、或上述两者或上述三者按一定比例固溶。优选将上述(Lu)、钇(Y)两者按一定比例固溶，该比例优选为Lu:Y＝9:1。
在可选的实施方式中，在0.001≤y≤0.05范围内，所有M元素均能实现上升时间或衰减时间的缩短，但闪烁光输出/光产额、能量分辨率、荧光发射强度或X-射线激发发射强度性能更优。在0.05＜y≤0.1范围内，所得闪烁材料的上升时间或衰减时间性能更优，但闪烁光输出/光产额、能量分辨率、荧光发射强度或X-射线激发发射强度任意一项劣化＞20％。
在可选的实施方式中，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料为多晶粉末或陶瓷或单晶。
在可选的实施方式中，还可向RE2(1-x)Ce2xSi(1-y)MyO5中加入另外的掺杂剂进入RE稀土格位或Si硅格位，具体包括，锂Li、钠Na、钾K、铷Rb、铯Cs、镁Mg、钙Ca、锶Sr、钪Sc、铜Cu中至少一种。
以下示例性地说明本发明提供的硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶的制备方法。所得硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶为多晶粉末或陶瓷或单晶。其中陶瓷包括透明陶瓷和非透明陶瓷。
采用硅格位取代离子氧化物或硅化物或碳酸盐(MaOb或MaSib或Ma(CO3)b)、CeO2、SiO2、稀土氧化物(REmOn)作为原料，并按原料组分的摩尔量配比MaOb:CeO2:SiO2:REmOn＝y/a:2x:(1-y):2(1-x)/m或MaSib:CeO2:SiO2:REmOn＝y/a:2x:(1-y-by/a):2(1-x)/m或Ma(CO3)b:CeO2:SiO2:REmOn＝y/a:2x:(1-y):2(1-x)/m配料，并充分混合均匀，得到混合粉体。其中a、b、m、n为所用试剂化学式的数字部分。所用原料纯度均为99.99％(4N)即以上。以氧化铝作为示例，混合粉体的制备示例包括：采用氧化物作为原料，并按原料组分的摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:稀土氧化物(REmOn)＝y/2:2x:(1-y):2(1-x)/m配料(目标化学反应式如下)，并充分混合均匀，得到混合粉末；
Figure BDA0002780213740000061
多晶粉末的制备。直接将混合粉末在1000-2000℃下煅烧5-200h发生固相反应获得多晶粉末。其中，固相反应的温度可为1300-1600℃，时间可为10-50h。
陶瓷的制备。将混合粉体经过0.03-5GPa压制成块在1000-2000℃下烧结5-200h得到陶瓷或调控烧结工艺制备透明陶瓷。其中，采用热压烧结或真空烧结等技术手段烧结工艺，以制备透明陶瓷。其中，固相反应的温度可为1300-1600℃，时间可为10-50h。压制成块压力优选为2-3GPa。
单晶的制备。将多晶粉末、透明陶瓷研磨粉体、混合粉体等中的至少一种，作为原料放入容器中通过加热(电阻或电磁感应或光等)使其熔化，并缓慢从熔体中结晶出来制备单晶，具体方法包括提拉法、坩埚下降法、温梯法、热交换法、泡生法、顶部籽晶法、助熔剂晶体生长方法、微下拉法(μ-PD)进行生长。
在单晶制备过程中，容器可为石墨坩埚、铱坩埚、钼坩埚、钨钼坩埚、铼坩埚、钽坩埚、氧化铝坩埚、氧化锆坩埚。单晶生长的气氛可为空气、氩气、氮气、二氧化碳、一氧化碳中一种或多种混合。优选地，采用提拉法生长单晶，容器为铱坩埚，采用感应加热，生长气氛采用高纯氮气，边旋转边提拉，拉速为0.7～6.0mm/h，转速为3～20r/min。
另外，将是上述获得的陶瓷、单晶通过破碎研磨成多晶粉末。
在本公开中，所得硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料中的部分硅格位被取代后发光性能得到较大幅度的改善，包括闪烁上升时间或衰减时间缩短以及闪烁光输出/光产额提高。在本公开中，所得硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料制备成陶瓷或单晶可广泛应用于高能物理、核物理、空间物理、核医学影像诊断、工业无损探伤、安全稽查、地质和矿物与油井勘探、环境检测领域。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，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。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1(生长Y2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Y2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(其中，x＝0.001、0.002、0.003、0.005；y＝0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Y2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为1～3mm/h、转速为7～15r/min。
实施例2(生长Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.999配料(其中，y＝0、0.001、0.003、0.006和0.01、0.02)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为2～4mm/h、转速为10～20r/min。
实施例3(制备Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5多晶粉体)
按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.999配料(其中，y＝0、0.001、0.003、0.006和0.01)，充分混合均匀，将粉末混合物装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于1600℃下煅烧10h发生固相反应，获得Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5多晶粉末。
实施例4(制备Y2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5多晶粉体)
按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Y2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(其中，x＝0.001、0.002、0.005、0.01、0.03、0.05；y＝0.001、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将粉末混合物装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于1600℃下煅烧10h发生固相反应，获得Y2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5多晶粉末。
实施例5(生长Lu2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(其中x＝0.001、0.002、0.005、0.01、0.03、0.05；y＝0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Lu2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为3～4mm/h、转速为8～10r/min。
实施例6(制备Lu2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5多晶粉体)
按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(其中x＝0.001、0.002、0.005、0.01、0.03、0.05；y＝0.001、0.003、0.005、0.1)，充分混合均匀，将粉末混合物装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于1600℃下煅烧10h发生固相反应，获得Lu2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5多晶粉末。
实施例7(生长Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AlyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(其中y＝0.001、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AlyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为2～5mm/h、转速为8～20r/min。
实施例8(制备Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AlyO5多晶粉体)
按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(其中y＝0.001、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将粉末混合物装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于1600℃下煅烧10h发生固相反应，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AlyO5多晶粉末。
实施例9(制备Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AlyO5陶瓷)
非透明状：按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(其中y＝0.001、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于30MPa冷等静压下压制成块，装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于1600℃下烧结10h发生固相反应，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AlyO5非透明陶瓷；
透明状：按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(其中y＝0.001、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于5000MPa冷等静压下压制成块，在真空热压炉中发生固相反应(1600℃、50小时)，尽可能地排除气泡和空隙，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AlyO5透明陶瓷。
实施例10(生长Gd2(1-x-w-z)Lu2wY2zCe2xSi(1-y)AlyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Gd2O3:Lu2O3:Y2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x-w-z):w:z配料(其中，x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、y＝0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、z＝0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0)，充分混合均匀，将混合物于5000MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Gd2(1-x-w-z)Lu2wY2zCe2xSi(1-y)AlyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为0.7～6mm/h、转速为6～20r/min。
实施例11(生长Gd2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Gd2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(其中，x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、y＝0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入石墨坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Gd2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为0.7～3mm/h、转速为6～8r/min。
实施例12(制备Gd2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5陶瓷)
非透明状：按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Gd2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(其中，x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、y＝0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于30MPa冷等静压下压制成块，装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于2000℃下烧结5h发生固相反应，获得Gd2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5非透明陶瓷；
透明状：按摩尔量配比Al2O3:CeO2:SiO2:Gd2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(其中，x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、y＝0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于5000MPa冷等静压下压制成块，在真空热压炉中发生固相反应(1300℃、100小时)，尽可能地排除气泡和空隙，获得Gd2(1-x)Ce2xSi(1-y)AlyO5透明陶瓷。
图1为Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5单晶(其中x＝0.001；y＝0、0.001、0.003、0.006和0.01)的闪烁衰减时间图谱与拟合结果(实线为无Al掺杂的Y1.998Ce0.002SiO5单晶衰减时间拟合曲线；虚线为Y1.998Ce0.002Si0.99Al0.01O5单晶衰减时间拟合曲线)，衰减时间分别为56ns、60ns、63ns、57ns、50ns。值得注意的是，与图3所示的相同设计组成的多晶粉体衰减时间相比，单晶的要明显增长，这是由于单晶生长时存在组分分凝的现象，Al在该实施例中分凝系数小于0.1，故单晶的实际组成中Al含量会比设计的含量低很多，故当设计组分达到Y1.998Ce0.002Si0.99Al0.01O5时衰减时间开始逐渐缩短，随着Al含量的提高衰减时间会进一步缩短，最终所得趋势与Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5多晶粉体一致。
图2为Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5单晶(其中x＝0.001；y＝0、0.001、0.003、0.006和0.01)的闪烁上升时间图谱(所有样品的最大值点固定在时间零点即可看出每个样品上升到最大值所需的时间，从图中可看出Y1.998Ce0.002Si0.99Al0.01O5单晶上升时间最短)，可定性地比较其上升时间从8ns缩短到5ns左右。
图3为Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5多晶粉体(其中x＝0.001；y＝0、0.001、0.003、0.006和0.01)的闪烁衰减时间图谱与拟合结果(实线为无Al掺杂的Y1.998Ce0.002SiO5单晶衰减时间拟合曲线；虚线为Y1.998Ce0.002Si0.99Al0.01O5单晶衰减时间拟合曲线)，其衰减时间分别为48ns、33ns、34ns、36ns、37ns。
图4为Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5多晶粉体(其中x＝0.001；y＝0、0.001、0.003、0.006和0.01)的闪烁上升时间图谱(所有样品的最大值点固定在时间零点即可看出每个样品上升到最大值所需的时间，从图中可看出Y1.998Ce0.002Si0.997Al0.003O5多晶粉体的上升时间最短)，可定性地比较其上升时间从8ns缩短到4ns以内。
图5为Y1.998Ce0.002Si(1-y)AlyO5单晶(其中x＝0.001；y＝0、0.001、0.003、0.006和0.01)的闪烁光输出(Peak)与能量分辨率(E.R.)显示铝铈共掺的正硅酸盐单晶闪烁光输出具有所提高，而且y＝0.006时铝铈共掺的正硅酸盐闪烁材料闪烁光输出/光产额与能量分辨率性能最优。
实施例13(生长Be、Li共掺LYSO:Ce单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比BeO:LiCO3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Li2wSi(1-y)BeyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为0.7～3mm/h、转速为5～8r/min。
实施例14(制备B、Li共掺LYSO:Ce多晶粉体)
按摩尔量配比B2O3:LiCO3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，充分混合均匀，将粉末混合物装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于1600℃下煅烧10h发生固相反应，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Li2wSi(1-y)ByO5多晶粉末。
实施例15(制备V、Li共掺LYSO:Ce陶瓷)
非透明状：按摩尔量配比V2O5:LiCO3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，充分混合均匀，将混合物于30MPa冷等静压下压制成块，装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于1600℃下烧结10h发生固相反应，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Li2wSi(1-y)VyO5非透明陶瓷。透明状：按上述摩尔量配比配料，充分混合均匀，将混合物于5000MPa冷等静压下压制成块，在真空热压炉中发生固相反应，尽可能地排除气泡和空隙，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Li2wSi(1-y)VyO5透明陶瓷。
实施例16(生长Be单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比BeO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)BeyO5单晶。
实施例17(制备Be单掺LYSO:Ce多晶粉体)
按实施例4配料，后续步骤同实施例2，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)BeyO5多晶粉末。
实施例18(制备Be单掺LYSO:Ce陶瓷)
按实施例4配料，后续步骤同实施例3，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)BeyO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例19(生长B单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比B2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)ByO5单晶。
实施例20(制备B单掺LYSO:Ce多晶粉体)
按实施例7配料，后续步骤同实施例2，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)ByO5多晶粉末。
实施例21(制备B单掺LYSO:Ce陶瓷)
按实施例7配料，后续步骤同实施例3，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)ByO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例22(生长C单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比SiC:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:0.002:(1-2y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)CyO5单晶。
实施例23(制备C单掺LYSO:Ce多晶粉体)
按实施例10配料，后续步骤同实施例2，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)CyO5多晶粉末。
实施例24(制备C单掺LYSO:Ce陶瓷)
按实施例10配料，后续步骤同实施例3，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)CyO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例25(生长V、Mg共掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比V2O5:MgO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例1，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Mg2wSi(1-y)VyO5单晶。
实施例26(制备Fe、Mg共掺LYSO:Ce多晶粉体)
按摩尔量配比Fe2O3:MgO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例2，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Mg2wSi(1-y)FeyO5多晶粉末。
实施例27(制备Ge、Mg共掺LYSO:Ce陶瓷)
按摩尔量配比GeO2:MgO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例3，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Mg2wSi(1-y)GeyO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例28(生长As、Al共掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比As2O3:Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:w/2:0.002:(1-y-w):0.899:0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y-w)AsyAlwO5单晶。
实施例29(制备Se、Al共掺多LYSO:Ce晶粉体)
按摩尔量配比SeO2:Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:w/2:0.002:(1-y-w):0.899:0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例2，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y-w)SeyAlwO5多晶粉末。
实施例30(制备Te、Al共掺LYSO:Ce陶瓷)
按摩尔量配比TeO3:Al2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:w/2:0.002:(1-y-w):0.899:0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例3，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y-w)TeyAlwO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例31(生长Be、Al共掺YSO:Ce单晶)
按摩尔量配比BeO:Al2O3:CeO2:SiO2:Y2O3＝y:w/2:0.002:(1-y-w):0.999配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，后续步骤同实施例1，获得Y1.998Ce0.002Si(1-y-w)BeyAlwO5单晶。
实施例32(制备C、Al共掺YSO:Ce多晶粉体)
按摩尔量配比SiC:Al2O3:CeO2:SiO2:Y2O3＝y:w/2:0.002:(1-2y-w):0.999配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，后续步骤同实施例2，获得Y1.998Ce0.002Si(1-y-w)CyAlwO5多晶粉末。
实施例33(生长P单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比P2O5:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)PyO5单晶。
实施例34(制备P单掺LYSO:Ce多晶粉体)
按实施例21配料，后续步骤同实施例2，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)PyO5多晶粉末。
实施例35(制备P单掺LYSO:Ce陶瓷)
按实施例21配料，后续步骤同实施例3，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)PyO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例36(生长V、Sc共掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比V2O5:Sc2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Sc2wSi(1-y)VyO5单晶。
实施例37(制备Fe、Sc共掺LYSO:Ce多晶粉体)
按摩尔量配比Fe2O3:Sc2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例2，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Sc2wSi(1-y)FeyO5多晶粉末。
实施例38(制备Ge、Sc共掺LYSO:Ce陶瓷)
按摩尔量配比GeO2:Sc2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例3，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Sc2wSi(1-y)GeyO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例39(生长Al、P共掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比Al2O3:P2O5:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:z/2:0.002:(1-y-z):0.899:0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y-z)AlyPzO5单晶。
实施例40(制备Al、P共掺LYSO:Ce多晶粉体)
按实施例27配料，后续步骤同实施例2，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y-z)AlyPzO5多晶粉末。
实施例41(制备Al、P共掺LYSO:Ce陶瓷)
按实施例27配料，后续步骤同实施例3，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y-z)AlyPzO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例42(生长As、Ca共掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比As2O3:CaO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例1，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Ca2wSi(1-y)AsyO5单晶。
实施例43(制备Se、Ca共掺LYSO:Ce多晶粉体)
按摩尔量配比SeO2:CaO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例2，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Ca2wSi(1-y)SeyO5多晶粉末。
实施例44(制备Te、Ca共掺LYSO:Ce陶瓷)
按摩尔量配比TeO3:CaO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例3，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Ca2wSi(1-y)TeyO5非透明陶瓷和透明陶瓷。
实施例45(生长V单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比V2O5:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)VyO5单晶。
实施例46(生长Fe单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比Fe2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)FeyO5单晶。
实施例47(生长Be、Cu共掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比BeO:CuO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:2w:0.002:(1-y):(0.899-w):0.1配料(y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1、w＝0.002、0.005、0.01)，后续步骤同实施例1，获得Lu(1.798-2w)Y0.2Ce0.002Cu2wSi(1-y)BeyO5单晶。
实施例48(生长Ge单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比GeO2:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)GeyO5单晶。
实施例49(生长As单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比As2O3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y/2:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)AsyO5单晶。
实施例50(生长Se单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比SeO2:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)SeyO5单晶。
实施例51(生长Te单掺LYSO:Ce单晶)
按摩尔量配比TeO3:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:0.002:(1-y):0.899:0.1配料(y＝0.001、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，后续步骤同实施例1，获得Lu1.798Y0.2Ce0.002Si(1-y)TeyO5单晶。
实施例52(生长Be单掺Lu1.798-2xY0.2Ce2xSi(1-y)BeyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比BeO:CeO2:SiO2:Lu2O3:Y2O3＝y:2x:(1-y):0.899-x:0.1配料(x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05；y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Lu1.798- 2xY0.2Ce2xSi(1-y)BeyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为5～6mm/h、转速为10～20r/min。
实施例53(生长V单掺Lu2(1-x)Ce2xSi(1-y)VyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比V2O5:CeO2:SiO2:Lu2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05；y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于2500MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Lu2(1-x)Ce2xSi(1-y)VyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为2～5mm/h、转速为8～20r/min。
实施例54(生长P单掺Gd2(1-x)Ce2xSi(1-y)PyO5单晶)
采用提拉法生长单晶。按摩尔量配比P2O5:CeO2:SiO2:Gd2O3＝y/2:2x:(1-y):(1-x)配料(x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05；y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1)，充分混合均匀，将混合物于5000MPa冷等静压下压制成块，放入铱坩埚内，通过感应加热并充分熔化，通过籽晶接种后从熔体中缓慢提拉生长出预设尺寸的单晶，获得Gd2(1-x)Ce2xSi(1-y)PyO5单晶。其中，提拉法的参数包括：所需尺寸参数设计、PID质量控制温度、拉速为0.7～3mm/h、转速为6～8r/min。
实施例55(制备Se单掺Gd2(1-x-w-z)Lu2wY2zCe2xSi(1-y)SeyO5陶瓷)
非透明状：按摩尔量配比SeO2:CeO2:SiO2:Gd2O3:Lu2O3:Y2O3＝y:2x:(1-y):(1-x-w-z):w:z配料(x＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05；y＝0.002、0.005、0.01、0.03、0.05、0.1；w＝0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9；z＝0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0)，充分混合均匀，将混合物于30MPa冷等静压下压制成块，装入刚玉坩埚中放入马弗炉中于2000℃下烧结5h发生固相反应，获得Gd2(1-x-w-z)Lu2wY2zCe2xSi(1-y)SeyO5非透明陶瓷。透明状：按上述摩尔量配比配料，充分混合均匀，将混合物于5000MPa冷等静压下压制成块，在真空热压炉中发生固相反应，尽可能地排除气泡和空隙，获得Gd2(1-x-w-z)Lu2wY2zCe2xSi(1-y)SeyO5透明陶瓷。
表1为部分硅位掺杂离子M掺杂稀土正硅酸盐闪烁材料的衰减时间汇总：
Figure BDA0002780213740000161
以上实施例只用于对本发明进行进一步说明，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 (10)

1.一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料，其特征在于，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料的化学式为RE2(1-x)Ce2xSi(1-y)MyO5，其中RE为稀土离子，M为硅格位的取代离子，选自铝Al、铍Be、硼B、碳C、磷P、钒V、铁Fe、锗Ge、砷As、硒Se、碲Te中至少一种；0＜x≤0.05，0＜y≤0.1。
2.根据权利要求1所述的硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料，其特征在于，所述RE选自镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇中至少一种，优选为La、Gd、Lu、Y中的至少一种，更优选为Lu和Y，最优选为Lu : Y = 9 : 1。
3.根据权利要求1或2所述的硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料，其特征在于，0.001≤x≤0.005。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料，其特征在于，0.001≤y≤0.05；或0.05＜y≤0.1。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料，其特征在于，其特征在于，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料中还加入其他掺杂元素A，化学式为RE2(1-x-d)Ce2xA2dSi1-yMyO5，0＜d≤0.01；所述其他掺杂元素A选自锂Li、钠Na、钾K、铷Rb、铯Cs、镁Mg、钙Ca、锶Sr、钪Sc、铜Cu中至少一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的稀土正硅酸盐闪烁材料，其特征在于，所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料为硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁多晶粉末、硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷、或硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶。
7.一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁多晶粉末的制备方法，其特征在于，包括：
（1）按照硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁多晶粉末的化学式称量A的氧化物和A的碳酸盐中的至少一种、M的氧化物和M的碳酸盐中的至少一种、CeO2 、SiO2 和RE的氧化物并混合，得到混合粉体；
（2）将所得混合粉体在1000～2000℃下固相反应5～200 小时，得到铈共掺正硅酸盐闪烁多晶粉末。
8.一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
（1）按照硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷的化学式称量A的氧化物和A的碳酸盐中的至少一种、M的氧化物和M的碳酸盐中的至少一种、CeO2 、SiO2 和RE的氧化物并混合，得到混合粉体；
（2）将所得混合粉体压制成后，在1000～2000℃下固相反应5～200 小时，得到硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷；优选地，所述压制成型的压力为0.03GPa～5 GPa。
9.一种硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶的制备方法，其特征在于，包括：
（1）按照硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁陶瓷的化学式称量A的氧化物和A的碳酸盐中的至少一种、M的氧化物和M的碳酸盐中的至少一种、CeO2 、SiO2 和RE的氧化物并混合，得到混合粉体；
（2）将所得混合粉体加热至熔化，采用提拉法、坩埚下降法、温度梯度法、热交换法、泡生法、顶部籽晶法、助熔剂晶体生长方法或微下拉法，生长所述硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁单晶。
10.一种权利要求1-6中任一项所述的硅位掺杂改善稀土正硅酸盐闪烁材料在射线探测领域中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114743747A (zh) * 2022-04-25 2022-07-12 深圳大学 一种低温区磁制冷材料及其制备方法和应用
CN115044373A (zh) * 2022-06-15 2022-09-13 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001524163A (ja) * 1998-01-12 2001-11-27 ティーエイエスアール リミテッド シンチレーション材料およびシンチレーション導波路素子
US20040021129A1 (en) * 2002-07-30 2004-02-05 Hitachi Chemical Co., Ltd. Single crystals of silicates of rare earth elements
JP2009007545A (ja) * 2007-06-01 2009-01-15 Hitachi Chem Co Ltd シンチレータ用単結晶、シンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、及びシンチレータ用単結晶の製造方法
CN102241980A (zh) * 2011-05-12 2011-11-16 中国科学院安徽光学精密机械研究所 稀土及非稀土掺杂的铌酸盐及其混晶发光材料及熔体法晶体生长方法
CN103249805A (zh) * 2010-11-16 2013-08-14 圣戈班晶体及检测公司 包含掺杂稀土硅酸盐的发光材料
CN104508192A (zh) * 2012-04-13 2015-04-08 泽克泰克光子学有限公司 具有改进光学特性的多掺杂镥基氧正硅酸盐闪烁体
CN104630878A (zh) * 2015-02-05 2015-05-20 中国电子科技集团公司第二十六研究所 大尺寸板状Ce3+离子掺杂的稀土正硅酸盐系列闪烁晶体水平定向凝固制备方法
CN105969354A (zh) * 2016-05-18 2016-09-28 上海大学 铈掺杂焦硅酸钆发光材料及其制备方法
CN105986320A (zh) * 2016-02-16 2016-10-05 安徽火天晶体科技有限公司 Sc,Ce共掺杂的硅酸镥、硅酸钇镥晶体及其熔体法生长方法
CN108059957A (zh) * 2016-11-07 2018-05-22 上海新漫晶体材料科技有限公司 阴阳离子共掺杂高光输出低余辉闪烁体材料
CN108139492A (zh) * 2015-10-09 2018-06-08 克莱托斯波尔公司 缩短发光中心的闪烁响应的方法以及具有缩短的闪烁响应的闪烁体的材料
CN108329029A (zh) * 2018-04-16 2018-07-27 厦门迈通光电有限公司 一种低温烧结闪烁体材料及其制备方法
CN108560053A (zh) * 2018-04-24 2018-09-21 安徽晶宸科技有限公司 一种镧、镝、铈共掺的硅酸钇镥闪烁材料及其晶体生长方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001524163A (ja) * 1998-01-12 2001-11-27 ティーエイエスアール リミテッド シンチレーション材料およびシンチレーション導波路素子
US20040021129A1 (en) * 2002-07-30 2004-02-05 Hitachi Chemical Co., Ltd. Single crystals of silicates of rare earth elements
JP2009007545A (ja) * 2007-06-01 2009-01-15 Hitachi Chem Co Ltd シンチレータ用単結晶、シンチレータ用単結晶を製造するための熱処理方法、及びシンチレータ用単結晶の製造方法
CN103249805A (zh) * 2010-11-16 2013-08-14 圣戈班晶体及检测公司 包含掺杂稀土硅酸盐的发光材料
CN102241980A (zh) * 2011-05-12 2011-11-16 中国科学院安徽光学精密机械研究所 稀土及非稀土掺杂的铌酸盐及其混晶发光材料及熔体法晶体生长方法
CN104508192A (zh) * 2012-04-13 2015-04-08 泽克泰克光子学有限公司 具有改进光学特性的多掺杂镥基氧正硅酸盐闪烁体
CN104630878A (zh) * 2015-02-05 2015-05-20 中国电子科技集团公司第二十六研究所 大尺寸板状Ce3+离子掺杂的稀土正硅酸盐系列闪烁晶体水平定向凝固制备方法
CN108139492A (zh) * 2015-10-09 2018-06-08 克莱托斯波尔公司 缩短发光中心的闪烁响应的方法以及具有缩短的闪烁响应的闪烁体的材料
US20180284300A1 (en) * 2015-10-09 2018-10-04 Crytur, Spol.S R.O. A method of shortening the scintillation
CN105986320A (zh) * 2016-02-16 2016-10-05 安徽火天晶体科技有限公司 Sc,Ce共掺杂的硅酸镥、硅酸钇镥晶体及其熔体法生长方法
CN105969354A (zh) * 2016-05-18 2016-09-28 上海大学 铈掺杂焦硅酸钆发光材料及其制备方法
CN108059957A (zh) * 2016-11-07 2018-05-22 上海新漫晶体材料科技有限公司 阴阳离子共掺杂高光输出低余辉闪烁体材料
CN108329029A (zh) * 2018-04-16 2018-07-27 厦门迈通光电有限公司 一种低温烧结闪烁体材料及其制备方法
CN108560053A (zh) * 2018-04-24 2018-09-21 安徽晶宸科技有限公司 一种镧、镝、铈共掺的硅酸钇镥闪烁材料及其晶体生长方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. SHIMURA等: ""Zr Doped GSO:Ce Single Crystals and Their Scintillation Performance"" *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114743747A (zh) * 2022-04-25 2022-07-12 深圳大学 一种低温区磁制冷材料及其制备方法和应用
CN115044373A (zh) * 2022-06-15 2022-09-13 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法

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