CN113861976A - 一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备方法 - Google Patents

一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备方法。所述的闪烁发光材料的化学通式为Mg4Ta2O9:x at％Y(x＝2、4、6、8、10，Y＝Hf4+、Zr4+、Mo6+、W6+)，其制备方法为：按化学通式称取原料并混合均匀；然后将混合物在空气气氛中依次预烧、煅烧，再自然冷却到室温，研磨即可。本发明所制备的闪烁发光材料在X射线激发下的光产额为413～13469ph./MeV，稍低于Mg4Ta2O9材料的光产额，但荧光寿命因掺杂大为缩短，为1186ns～3345ns，其中，掺杂钨时具有最短的衰减时间1186ns，约为Mg4Ta2O9材料衰减时间的1/5。

Description

一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料及其制备方法，属于高能射线探测技术领域。
背景技术
闪烁体是指在射线(X射线、γ射线)或高能粒子等辐射能量作用下发射紫外或可见光的发光材料。目前已经广泛应用于核医学成像、核物理、高能物理、安检以及工业探测等领域中。
Mg4Ta2O9属于三方晶系，空间群为P-3c1，晶胞参数为a＝0.51625(10)nm，c＝1.4062(4)nm。Mg4Ta2O9闪烁的闪烁发光主要是由(TaO6)7-八面体Ta-O键的电荷迁移跃迁引起。
目前比较成熟的安检探头材料主要有CdWO4晶体和CsI:Tl+晶体等。Mg4Ta2O9具有优异的闪烁性能，其光输出为16000ph./MeV，比CdWO4晶体的14000ph./MeV高，不及CsI:Tl+晶体的52000～56000ph./MeV；X射线作用激发其衰减时间为5.7μs，优于CdWO4晶体的14μs，不及CsI:Tl+晶体的1μs；其能量分辨率为6.2％，优于CdWO4晶体的8.3％，不及CsI:Tl+晶体的8.3％；Mg4Ta2O9发光峰位于360nm，CdWO4晶体的发光峰位于475nm，CsI:Tl+晶体的发光峰位于550nm，都有特定敏感波长的商用光电倍增管与之匹配，没有优劣之分。由此可见在光产额、能量分辨率及衰减时间，CsI:Tl+晶体最优，Mg4Ta2O9晶体次之，CdWO4晶体最末，探测波长不分优劣。Mg4Ta2O9晶体的密度为6.2g/cm3，小于CdWO4晶体7.9g/cm3，大于CsI:Tl+晶体的4.5g/cm3。Mg4Ta2O9晶体的有效原子序数为59.6，小于CdWO4晶体64.2，大于CsI:Tl+晶体的54；Mg4Ta2O9晶体的662keVγ射线的衰减距离为1.82cm，大于CdWO4晶体1.45cm，小于CsI:Tl+晶体的2.87cm；Mg4Ta2O9晶体的余辉为0.011％/3ms，与CdWO4晶体0.01％/3ms相当，远小于CsI:Tl+晶体的2％/3ms；由此可见密度、有效原子序数、射线衰减距离及余辉，CdWO4晶体最优，Mg4Ta2O9晶体次之，CsI:Tl+晶体最末。Mg4Ta2O9晶体的熔点是1875℃，CdWO4晶体的熔点是1325℃，CsI:Tl+晶体的熔点是621℃，都为一致熔融化合物。Mg4Ta2O9的过高熔点使得它只适合用提拉法生长大晶体，不适合用坩埚下降法生长大晶体。但CdWO4和CsI:Tl+晶体更适合用坩埚下降法生长，提拉法也可生长。从晶体制备成本来看，CdWO4最高。Mg4Ta2O9晶体不含有毒元素，CdWO4和CsI:Tl+晶体分别含有毒元素Cd和Tl。Mg4Ta2O9晶体在生产、加工到应用、回收都没有环境污染问题。Mg4Ta2O9晶体是一种很有应用潜力的安检用新型闪烁材料。
综合来看，Mg4Ta2O9晶体的衰减时间过长是它的最主要劣势，限制了它在除了安检之外的其他领域的应用。
发明内容
本发明解决的技术问题是：Mg4Ta2O9晶体的衰减时间过长从而限制了它在除了安检之外的其他领域的应用等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料，所述闪烁发光材料的化学通式为Mg4Ta2O9:x at％Y，其中，x为2、4、6、8或10，Y为Hf4 +、Zr4+、Mo6+或W6+。
优选地，所述闪烁发光材料在X射线激发下，Mg4Ta2O9:x at％Hf4+的光产额为5185～13469ph./MeV，衰减时间为2152ns～2959ns；Mg4Ta2O9:x at％Zr4+的光产额为4656～8357ph./MeV，衰减时间为1904ns～3345ns；Mg4Ta2O9:x at％Mo6+的光产额为629～735ph./MeV，衰减时间为1263ns～1342ns；Mg4Ta2O9:x at％W6+的光产额为413～953ph./MeV，衰减时间为1186ns～1258ns。
本发明还提供了上述的钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料的制备方法，包括：按化学计量比分别称取MgO，Ta2O5和Y的金属氧化物，在玛瑙研钵中研磨混合，再加入无水乙醇分散，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中依次进行预烧和烧结，自然冷却至室温，研磨即得。
优选地，所述MgO的加入量相对于标准化学计量比需过量3at％。
优选地，所述预烧的温度为1200℃，时间为3h；所述烧结的温度为1300℃，时间为6h。
本发明还提供了上述的钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料在高能射线探测中的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明提出四价的锆、铪离子和六价的钼、钨分别部分替代(TaO6)7-八面体的Ta元素，形成部分(ZrO6)8-、(HfO6)8-、(MoO6)6-、(WO6)6-八面体发光中心或敏化中心，形成与(TaO6)7-八面体的能量转移机制，改变(TaO6)7-八面体的键长和键角，从而改变了Mg4Ta2O9晶体的吸收谱，改变了价态迁移跃迁机制，缩短了其发光衰减时间，本发明可以为新型闪烁体材料的设计和制备提供理论和技术支持；
2.本发明的闪烁发光材料，在X射线激发下，荧光寿命为1185ns～3345ns，优于Mg4Ta2O9晶体的5.7μs；且本发明的闪烁发光材料无毒性和放射性元素，在空气中稳定存在，不易潮解；
3.本发明的闪烁发光材料采用高温固相法合成，制备工艺简单，操作安全，条件易于控制。
附图说明
图1为各实施例所制备的闪烁发光材料Mg4Ta2O9:xHf4+的X射线衍射图；
图2为各实施例所制备的闪烁发光材料Mg4Ta2O9:xZr4+的X射线衍射图；
图3为各实施例所制备的闪烁发光材料Mg4Ta2O9:xMo6+的X射线衍射图；
图4为各实施例所制备的闪烁发光材料Mg4Ta2O9:xW6+的X射线衍射图；
图5为Mg4Ta2O9:2at％Hf4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图6为Mg4Ta2O9:4at％Hf4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图7为Mg4Ta2O9:6at％Hf4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图8为Mg4Ta2O9:8at％Hf4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图9为Mg4Ta2O9:10at％Hf4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图10为Mg4Ta2O9:2at％Zr4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图11为Mg4Ta2O9:4at％Zr4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图12为Mg4Ta2O9:6at％Zr4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图13为Mg4Ta2O9:8at％Zr4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图14为Mg4Ta2O9:10at％Zr4+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图15为Mg4Ta2O9:2at％Mo6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图16为Mg4Ta2O9:4at％Mo6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图17为Mg4Ta2O9:6at％Mo6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图18为Mg4Ta2O9:8at％Mo6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图19为Mg4Ta2O9:10at％Mo6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图20为Mg4Ta2O9:2at％W6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图21为Mg4Ta2O9:4at％W6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图22为Mg4Ta2O9:6at％W6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图23为Mg4Ta2O9:8at％W6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图24为Mg4Ta2O9:10at％W6+闪烁发光材料在X射线激发下测得的发射光谱图；
图25为Mg4Ta2O9:xHf4+闪烁发光材料的衰减时间图；
图26为Mg4Ta2O9:xZr4+闪烁发光材料的衰减时间图；
图27为Mg4Ta2O9:xMo6+闪烁发光材料的衰减时间图；
图28为Mg4Ta2O9:xW6+闪烁发光材料的衰减时间图；
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
Mg4Ta2O9:2at％Hf4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.02称取MgO、Ta2O5和HfO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图1中x＝2曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图5所示，x＝2即Mg4Ta2O9:2at％Hf4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长为344nm，半高宽为91nm，发光强度为Mg4Ta2O9的0.84倍，估算得到Mg4Ta2O9:2at％Hf4+的光产额为13469ph./MeV。如图25a所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.39倍，估算得到Mg4Ta2O9:2at％Hf4+的衰减时间为2209ns。
实施例2
Mg4Ta2O9:4at％Hf4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.98:0.04称取MgO、Ta2O5和HfO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图1中x＝4曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图6所示，x＝4即Mg4Ta2O9:4at％Hf4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在347nm，半高宽为98nm，发光强度为Mg4Ta2O9的0.66倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％Hf4+的光产额为10604ph./MeV。如图25b所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为382nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.38倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％Hf4+的衰减时间为2151ns。
实施例3
Mg4Ta2O9:6at％Hf4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.97:0.06称取MgO、Ta2O5和HfO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图1中x＝6曲线所示。所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图7所示，x＝6即Mg4Ta2O9:6at％Hf4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在353nm，半高宽为99nm，发光强度为Mg4Ta2O9的0.44倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％Hf4+的光产额为7017ph./MeV。如图25c所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.44倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％Hf4+的衰减时间为2600ns。
实施例4
Mg4Ta2O9:8at％Hf4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.96:0.08称取MgO、Ta2O5和HfO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图1中x＝8曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图8所示，x＝8即Mg4Ta2O9:8at％Hf4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在364nm，半高宽为108nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.42倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％Hf4+的光产额为6640ph./MeV。如图25d所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.52倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％Hf4+的衰减时间为2959ns。
实施例5
Mg4Ta2O9:10at％Hf4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.96:0.1称取MgO、Ta2O5和HfO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图1中x＝10曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图9所示，x＝10即Mg4Ta2O9:10at％Hf4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在354nm，半高宽为108nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.32倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％Hf4+的光产额为5185ph./MeV。如图25e，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.50倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％Hf4+的衰减时间为2839ns。
实施例6
Mg4Ta2O9:2at％Zr4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.02称取MgO、Ta2O5和ZrO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图2中x＝2曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图10所示，x＝2即Mg4Ta2O9:2at％Zr4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在345nm，半高宽为99nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.46倍，估算得到Mg4Ta2O9:2at％Zr4+的光产额为7356ph./MeV。如图26a所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.35倍，估算得到Mg4Ta2O9:2at％Zr4+的衰减时间为2000ns。
实施例7
Mg4Ta2O9:4at％Zr4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.04称取MgO、Ta2O5和ZrO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图2中x＝4曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图11所示，x＝4即Mg4Ta2O9:4at％Zr4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在346nm，半高宽为96nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.52倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％Zr4+的光产额为8357ph./MeV。如图26b所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.33倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％Zr4+的衰减时间为1904ns。
实施例8
Mg4Ta2O9:6at％Zr4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.06称取MgO、Ta2O5和ZrO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图2中x＝6曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图12所示，x＝6即Mg4Ta2O9:6at％Zr4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在355nm，半高宽为102nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.35倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％Zr4+的光产额为5590ph./MeV。如图26c所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.59倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％Zr4+的衰减时间为3345ns。
实施例9
Mg4Ta2O9:8at％Zr4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.08称取MgO、Ta2O5和ZrO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图2中x＝8曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图13所示，x＝8即Mg4Ta2O9:8at％Zr4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在355nm，半高宽为104nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.29倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％Zr4+的光产额为4656ph./MeV。如图26d所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.57倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％Zr4+的衰减时间为3226ns。
实施例10
Mg4Ta2O9:10at％Zr4+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.1称取MgO、Ta2O5和ZrO2，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出，在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图2中x＝10曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图14所示，x＝10即Mg4Ta2O9:10at％Zr4+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在357nm，半高宽为105nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.33倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％Zr4+的光产额为5280ph./MeV。如图26e所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.51倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％Zr4+的衰减时间为2909ns。
实施例11
Mg4Ta2O9:2at％Mo6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.02称取MgO、Ta2O5和MoO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图3中x＝2曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图15所示，x＝2即Mg4Ta2O9:2at％Mo6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在372nm，半高宽为90nm，发光强度为Mg4Ta2O9的0.04倍，估算得到Mg4Ta2O9:2at％Mo6+的光产额为693ph./MeV。如图27a所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.22倍，估算得到Mg4Ta2O9:2at％Mo6+的衰减时间为1263ns。
实施例12
Mg4Ta2O9:4at％Mo6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.04称取MgO、Ta2O5和MoO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图3中x＝4曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图16所示，x＝4即Mg4Ta2O9:4at％Mo6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在377nm，半高宽为89nm，发光强度为Mg4Ta2O9的0.04倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％Mo6+的光产额为646ph./MeV。如图27b所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.22倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％Mo6+的衰减时间为1264ns。
实施例13
Mg4Ta2O9:6at％Mo6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.06称取MgO、Ta2O5和MoO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图3中x＝6曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图17所示，x＝6即Mg4Ta2O9:6at％Mo6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在376nm，半高宽为88nm，发光强度为Mg4Ta2O9的0.05倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％Mo6+的光产额为734ph./MeV。如图27c所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.24倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％Mo6+的衰减时间为1342ns。
实施例14
Mg4Ta2O9:8at％Mo6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.08称取MgO、Ta2O5和MoO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图3中x＝8曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图18所示，x＝8即Mg4Ta2O9:8at％Mo6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在379nm，半高宽为90nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.04倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％Mo6+的光产额为629ph./MeV。如图27d所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.23倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％Mo6+的衰减时间为1337ns。
实施例15
Mg4Ta2O9:10at％Mo6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.1称取MgO、Ta2O5和MoO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图3中x＝10曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图19所示，x＝10即Mg4Ta2O9:10at％Mo6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在377nm，半高宽为88nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.05倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％Mo6+的光产额为735ph./MeV。如图27e所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.22倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％Mo6+的衰减时间为1259s。
实施例16
Mg4Ta2O9:2at％W6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.02称取MgO、Ta2O5和WO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图4中x＝10曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图20所示，x＝2即Mg4Ta2O9:10at％W6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在349nm，半高宽为99nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.06倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％W6+的光产额为953ph./MeV。如图28a所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.22倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％W6+的衰减时间为1243s。
实施例17
Mg4Ta2O9:4at％W6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.04称取MgO、Ta2O5和WO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图4中x＝4曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图21所示，x＝4即Mg4Ta2O9:4at％W6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在346nm，半高宽为203nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.03倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％W6+的光产额为470ph./MeV。如图28b所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.21倍，估算得到Mg4Ta2O9:4at％W6+的衰减时间为1186ns。
实施例18
Mg4Ta2O9:6at％W6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.06称取MgO、Ta2O5和WO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图4中x＝6曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图22所示，x＝6即Mg4Ta2O9:6at％W6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在354nm，半高宽为117nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.03倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％W6+的光产额为413ph./MeV。如图28c所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.2倍，估算得到Mg4Ta2O9:6at％W6+的衰减时间为1199ns。
实施例19
Mg4Ta2O9:8at％W6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.08称取MgO、Ta2O5和WO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图4中x＝8曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图23所示，x＝8即Mg4Ta2O9:8at％W6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在341nm，半高宽为119nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.04倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％W6+的光产额为665ph./MeV。如图28d所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.22倍，估算得到Mg4Ta2O9:8at％W6+的衰减时间为1258ns。
实施例20
Mg4Ta2O9:10at％W6+闪烁发光材料的制备：
分别按照化学计量比4.12:0.99:0.1称取MgO、Ta2O5和WO3，将上述原料在玛瑙研钵中研磨，并加入无水乙醇作为分散剂，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1200℃预烧3小时，自然冷却至室温后，将原料倒出在玛瑙研钵中继续充分研磨，再装入刚玉坩埚，在空气气氛中于1300℃烧结6小时，自然冷却至室温后研磨均匀，最终得到产品。
产物的X射线衍射峰如图4中x＝10曲线所示，所有衍射峰与标准衍射峰(PDF#38-1458)相对应。如图24所示，x＝10即Mg4Ta2O9:10at％W6+的30keV X射线激发发射谱图表明其发射波长在343nm，半高宽为89nm，发光强度约为Mg4Ta2O9的0.05倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％W6+的光产额为735ph./MeV。如图28e所示，在激发波长位置为203nm和发射波长位置为385nm情况下，荧光衰减时间为Mg4Ta2O9的0.22倍，估算得到Mg4Ta2O9:10at％W6+的衰减时间为1252ns。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料，其特征在于，所述闪烁发光材料的化学通式为Mg4Ta2O9:x at％Y，其中，x为2、4、6、8或10，Y为Hf4+、Zr4+、Mo6+或W6+。
2.如权利要求1所述的钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料，其特征在于，所述闪烁发光材料在X射线激发下，Mg4Ta2O9:x at％Hf4+的光产额为5185～13469ph./MeV，衰减时间为2152ns～2959ns；Mg4Ta2O9:x at％Zr4+的光产额为4656～8357ph./MeV，衰减时间为1904ns～3345ns；Mg4Ta2O9:x at％Mo6+的光产额为629～735ph./MeV，衰减时间为1263ns～1342ns；Mg4Ta2O9:x at％W6+的光产额为413～953ph./MeV，衰减时间为1186ns～1258ns。
3.权利要求1或2所述的钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料的制备方法，其特征在于，包括：按化学计量比分别称取MgO，Ta2O5和Y的金属氧化物，在玛瑙研钵中研磨混合，再加入无水乙醇分散，研磨均匀后装入刚玉坩埚，在空气气氛中依次进行预烧和烧结，自然冷却至室温，研磨即得。
4.如权利要求3所述的钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料的制备方法，其特征在于，所述MgO的加入量相对于标准化学计量比需过量3at％。
5.如权利要求3所述的钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料的制备方法，其特征在于，所述预烧的温度为1200℃，时间为3h；所述烧结的温度为1300℃，时间为6h。
6.权利要求1或2所述的钽酸镁异价掺杂铪、锆、钼、钨闪烁发光材料在高能射线探测中的应用。
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