DE112008000738T5

DE112008000738T5 - Szintillatoren und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE112008000738T5
Application number: DE112008000738T
Authority: DE
Inventors: Sergio Paulo Martins Loureiro; James Scott Vartuli; Brent Allen Clothier; Steven Jude Duclos; Mohan Manoharan; Patrick Roland Lucien Malenfant; Venkat Subramaniam Venkataramani; Clifford Bueno; Alok Srivastava; Stanley John Stoklosa
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2010-02-04
Also published as: WO2008118523A2; WO2008118523A3; WO2008118523A9; CN102838992A; JP2010522806A

Abstract

Szintillator, umfassend eine Kunststoffmatrix, wobei die Kunststoffmatrix eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials umfasst.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Szintillationsmaterial zum Herstellen von Szintillationsdetektoren. Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Szintillationsmaterial, das Nano-Teilchen eines Metalloxids, eines Metalloxyhalogenids, eines Metalloxysulfids oder eines Metallhalogenids umfasst, sowie Verfahren zu dessen Herstellung. Eine andere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Szintillationsmaterial, das Nano-Teilchen von Metallhalogeniden umfasst und Verfahren zu dessen Herstellung. Noch eine andere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Szintillationsmaterial, das Nano-Teilchen entweder eines Metalloxyhalogenids oder eines Metalloxysulfids umfasst und Verfahren zu dessen Herstellung.
Szintillatoren sind Materialien, die Strahlung hoher Energie, wie Röntgenstrahlen und Gammastrahlen, in sichtbares Licht umwandeln. Szintillatoren werden in weitem Rahmen eingesetzt bei der Detektion und bei nicht-invasiven Abbildungstechnologien, wie Abbildungssystemen für medizinische und Screening-Anwendungen. In solchen Systemen passieren typischerweise Photonen hoher Energie die abzubildende Person oder den abzubildenden Gegenstand und schlagen auf der anderen Seite des Abbildungsvolumens auf einen Szintillator auf, der mit einer Lichtdetektions-Vorrichtung verbunden ist. Der Szintillator erzeugt typischerweise optische Photonen aufgrund des Auftreffens des Photons hoher Energie. Die optischen Photonen können dann durch die Lichtdetektions-Vorrichtung gemessen und quantifiziert werden, was ein Surrogatmaß der Menge und Stelle der auf den Detektor auftreffenden Strahlung hoher Energie ergibt. Zusätzlich können Szintillatoren in Systemen brauchbar sein, die zum Nachweisen radioaktiver Gegenstände benutzt werden, wie Schmuggelware oder Kontaminationen, die anders schwierig nachzuweisen sein mögen.
Hinsichtlich nicht-invasiver Abbildungstechniken ist eine der wichtigsten Anwendungen für Szintillatoren die in medizinischer Ausrüstung zur Erzeugung radiografischer Bilder unter Benutzung digitaler Detektions- und Speichersysteme. In den derzeitigen digitalen Röntgenabbildungssystemen, wie CT-Scannern, zum Beispiel, wird Strahlung von einer Quelle zu einer Person, typischerweise einem Patienten in einer medizinisch diagnostischen Anwendung, gerichtet. Ein Teil der Strahlung geht durch den Patienten hindurch und trifft auf einen Detektor. Die Oberfläche des Detektors wandelt die Strahlung in Lichtphotonen um, die nachgewiesen werden. Der Detektor ist in eine Matrix diskreter Bildelemente oder Pixel unterteilt und kodiert Ausgangssignale, die auf der Menge oder Intensität der Strahlung beruhen, die auf jedes Pixel auftrifft. Weil die Strahlungsintensität geändert wird, wenn die Strahlung durch den Patienten hindurchgeht, ergeben die Bilder, die auf der Grundlage der Ausgangssignale rekonstruiert werden, eine Projektion des Gewebes des Patienten ähnlich der, die durch konventionelle fotografische Filmtechniken erhältlich ist.
Ein anderes Abbildungssystem auf der Grundlage von Strahlung hoher Energie ist die Positronemissionstomographie (PET), die allgemein einen auf einem Szintillator beruhenden Detektor benutzt, der eine Vielzahl von Pixeln aufweist, die typischerweise in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet sind. Ein jedes solches Pixel umfasst eine Szintillatorzelle, die mit einer Fotovervielfacherröhre gekoppelt ist. Bei der PET wird eine chemische Indikatorverbindung, die eine erwünschte biologische Aktivität oder Affinität aufweist, mit einem radioaktiven Isotop markiert, das unter Emittieren eines Positrons zerfällt. Danach tritt das emittierte Positron mit einem Elektron in Wechselwirkung und ergibt zwei Photonen von 511 keV (Gammastrahlen) ab. Die beiden Gammastrahlen werden gleichzeitig emittiert und sie bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen, durchdringen das umgebende Gewebe, treten aus dem Körper des Patienten aus und werden durch den Detektor absorbiert und aufgezeichnet. Durch Messen des geringen Unterschiedes in den Ankunftszeiten der beiden Photonen an den beiden Punkten im Detektor kann die Position des Positrons innerhalb des Targets berechnet werden. Die Begrenzungen dieser Zeitunterschiedsmessung sind stark abhängig von dem Bremsvermögen, der Lichtabgabe und der Abklingzeit des Szintillationsmaterials.
Sowohl bei der CT als auch der PET ist eine kleine Pixelgröße erforderlich, um ein genaues Bild zu erzeugen, d. h., für gute räumliche Auflösung. Um eine Kontamination des in jedem lumineszenten Modul erzeugten Lichtes von Pixel zu Pixel zu vermeiden, werden die Szintillatoren aus Einkristallen oder transparenten keramischen Abbildungsplatten hergestellt, die in kleine Segmente geschnitten oder gewürfelt werden. Die kleineren Segmente werden zusammen mit kollimierenden Reflektoren zwischen den einzelnen Elementen eingesetzt, um so viel des Lichtes, wie physikalisch möglich ist, zu einem einzelnen Detektor hin beizubehalten. Das Schneid- bzw. Würfelverfahren begrenzt die Größe des einzelnen Pixels, da sowohl die Produktionskosten als auch die Verfahrensschwierigkeiten zunehmen, wenn die Pixelgröße feiner wird.
Für Systeme, für die eine noch kleinere Pixelgröße erforderlich ist, wie in digitalen radiografischen Systemen, wurden Leuchtstoffe, wie Nadeln von CsI und Faseroptik-Szintillator(FOS)-Flächenplatten eingesetzt. Diese Szintillatoren erfüllen jedoch nicht die strengeren Lumineszenz-Anforderungen für CT-Systeme. Szintillatoren auf der Basis von CsI haben eine lange Abklingzeit, führen zu einem Nachglühen, das zum Auswaschen von Bildern führt. Detektoren auf der Grundlage von EOS-Platten haben außerdem nicht die hohe Umwandlungs-Effizienz, die für ein genaues Abbilden erforderlich ist.
Im Gegensatz zu den komplexen Szintillatoren, die für Abbildungsanwendungen eingesetzt werden, sind Szintillatoren, die bei der Detektion radioaktiver Schmuggelware oder Kontamination eingesetzt werden, häufig einfache Kunststofffilme, die aus solchen Materialien, wie Polythiophen oder Polyanalin, hergestellt sind. Diese Systeme sind jedoch nicht sehr spezifisch für die involvierte Art von Strahlung und ergeben häufig falsche Alarme.
Demgemäß besteht ein Bedarf an neuen Szintillatoren, die einfach zu Materialien mit den kleinen Pixelgrößen geformt werden können, die für die Anwendung in der CT und PET benötigt werden, während sie Transparenz und angepasste Lumineszenz-Eigenschaften bieten.
KURZE BESCHREIBUNG
In einer Ausführungsform ergeben die vorliegenden Techniken einen Szintillator, der eine Kunststoffmatrix umfasst, worin die Kunststoffmatrix eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials umfasst. In verschiedenen Aspekten können die Nano-Teilchen hergestellt sein aus Metalloxi den, Metalloxyhalogeniden, Metalloxysulfiden, Metallhalogeniden oder Kombinationen davon.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken ein Szintillationsdetektionssystem, umfassend eine Kunststoffmatrix, die eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials enthält. Ein oder mehrere Fotodetektoren sind an der Kunststoffmatrix angebracht und konfiguriert, Photonen nachzuweisen, die in der Kunststoffmatrix erzeugt werden.
In einer anderen Ausführungsform ergeben die vorliegenden Techniken eine Strahlungsdetektions- und -Analysesystem, umfassend ein Szintillationsdetektionssystem und ein Signalverarbeitungssystem, das konfiguriert ist, die von dem Szintillationsdetektionssystem erzeugten Signale zu analysieren. Das Szintillationsdetektionssystem ist hergestellt aus einem Szintillator, der eine Kunststoffmatrix umfasst, die eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials enthält, und einer angebrachten Lichtdetektions-Vorrichtung, die konfiguriert ist, Signale aufgrund von Photonen zu erzeugen, die durch den Szintillator erzeugt werden.
In noch einer anderen Ausführungsform ergeben die vorliegenden Techniken eine Verfahren zum Herstellen eines Szintillationsdetektors. Das Verfahren umfasst das Einbetten von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials in eine Kunststoffmatrix und das Anbringen eines Fotodetektorsystems an der Kunststoffmatrix. Das Fotodetektorsystem umfasst ein oder mehrere Elemente, die konfiguriert sind, Photonen, die in der Kunststoffmatrix erzeugt wurden, in elektrische Signale umzuwandeln.
In einer Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken ein Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage. Das Verfahren umfasst das Kombinieren einer ersten Lösung, umfassend ein oder mehrere Metallsalze, und eines zweiten Lösung, umfassend ein oder mehrere Halogenidvorstufen, zum Bilden von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage und Isolieren der Nano-Teilchen aus der kombinierten ersten und zweiten Lösung. In einem Aspekt umfassen die Lösungen ionische Flüssigkeiten.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken eine anderes Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Mikroemulsion, das Bilden von Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage in der Mikroemulsion und das Isolieren der Teilchen aus der Mikroemulsion. In einem Aspekt umfasst das Bilden der Nano-Teilchen das Hindurchblasen eines Wasserstoffhalogenidgases durch die Mikroemulsion. In einem anderen Aspekt umfassen die Lösungen ionische Flüssigkeiten.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken eine anderes Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer ersten Mikroemulsion, das Hinzufügen einer Lösung, umfassend ein oder mehrere organische Metallsalze zu der ersten Mikroemulsion, um eine zweite Mikroemulsion zu bilden, und das Isolieren der Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage aus der zweiten Mikroemulsion. In einem Aspekt umfasst die erste Mikroemulsion eine Anionenquelle als eine Vorstufe. In einem anderen Aspekt umfassen die Lösungen ionische Flüssigkeiten.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken noch ein anderes Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage. Das Verfahren umfasst das Bilden einer ersten Mikroemulsion, Bilden einer zweiten Mikroemulsion, Kombinieren der ersten Mikroemulsion mit der zweiten Mikroemulsion zum Bilden einer kombinierten Mikroemulsion und Isolieren der Nano-Teilchen der Szintillationsmaterialien auf Halogenidgrundlage aus der kombinierten Mikroemulsion. In einem Aspekt sind die Mikroemulsionen unter Einsatz ionischer Flüssigkeiten hergestellt.
In noch einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken einen kristallinen Szintillator, umfassend Nano-Teilchen aus einem Metallhalogenid, wobei die Nano-Teilchen eine Größe von weniger als etwa 100 nm aufweisen. In einem Aspekt umfasst das Metallhalogenid einen Leuchtstoff der allgemein Formel MX_n:Y, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X umfasst mindestens eines von F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y umfasst mindestens ein Metallion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n ist eine ganze Zahl von 1–4. In einem anderen Aspekt umfasst das Metallhalogenid einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce][Cl_(1-y-z)Br_(y-z)I_z]₃, worin x, z, (1-y-z) und (y-z) alle im Bereich zwischen 0 und 1 liegen.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken einen kristallinen Szintillator, umfassend Nano-Teilchen eines Metallhalogenids, wobei die Nano-Teilchen eine Größe von weniger als etwa 100 nm aufweisen.
In einer Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken ein Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage. Das Verfahren umfasst das Bilden einer ersten Mikroemulsion, Bilden einer zweiten Mikroemulsion, Vermischen der ersten und der zweiten Mikroemulsion zum Bilden einer Lösung, Isolieren von Vorstufenteilchen aus der Lösung und Bilden von Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage aus den Vorstufenteilchen.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken ein anderes Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage. Das Verfahren umfasst das Bilden einer organischen Metalllösung, Bilden einer ersten Mikroemulsion, Erhitzen der organischen Metalllösung und langsames Hinzufügen der organischen Metalllösung zu der ersten Mikroemulsion zum Bilden einer zweiten Mikroemulsion. Die Vorstufenteilchen werden aus der zweiten Mikroemulsionslösung isoliert und die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage werden aus den Vorstufenteilchen gebildet.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken ein Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Grundlage. Das Verfahren umfasst das Hinzugeben einer wässerigen Base zu einer wässerigen Lösung, umfassend ein oder mehrere Metallsalze, um ein Gel auszufällen, das die ein oder mehreren Metallsalze enthält, und Entfernen freier Ionen aus dem Gel. Das Gel wird erhitzt und getrocknet, um die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Grundlage zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken ein anderes Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Grundlage. Das Verfahren umfasst das Bilden einer ersten Mikroemulsion, Erhitzen einer Lösung, während die Lösung zu der ersten Mikroemulsion hinzugegeben wird, um eine zweite Mikroemulsion zu bilden. Vorstufenteilchen werden aus der zweiten Emulsion gebildet und Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials aus dem Oxyhalogenid oder Oxysulfid werden aus den Vorstufenteilchen gebildet.
In noch einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken kristalline Nano-Szintillatorteilchen aus einem Leuchtstoff auf Metalloxidgrundlage, wobei die Nano-Teilchen eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform liefern die vorliegenden Techniken kristalline Nano-Szintillatorteilchen aus einem Oxyhalogenid oder Oxysulfid, wobei die Nano-Teilchen eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
ZEICHNUNG
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der gleiche Bezugsziffern gleiche Teile in der Zeichnung repräsentieren, wobei:
1 eine Zeichnung einer medizinischen Abbildungseinheit, wie eines Computertomographie-Scanners oder eines Positronemissions-Scanners, ist, in der Ausführungsformen der vorliegenden Technik eingesetzt werden können.
2 eine Zeichnung einer Detektor-Baueinheit ist, die in digitalen Abbildungssystemen, wie CT oder PET, eingesetzt wird, in der Ausführungsformen der vorliegenden Technik benutzt werden können.
3 eine weggeschnittene Ansicht eines Abbildungssystems ist, in der Ausführungsformen der vorliegenden Technik eingesetzt werden können.
4 eine anschließende Ansicht eines Szintillationsdetektorsystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
5 eine schematische Ansicht eines Szintillatorteilchens mit adsorbierten Initiationsstellen zum Einleiten einer Polymerisationsreaktion zum Bilden eines Polymerüberzuges um das Teilchen herum gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
6 eine schematische Ansicht eines Szintillationsteilchens ist, das mit einem Polymer gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik überzogen ist.
7 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Oxidgrundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
8 ein Blockdiagramm eines anderen Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Oxidgrundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
9 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Grundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
10 ein Blockdiagramm eines anderen Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Oxidhalogenid- oder Oxysulfid-Grundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
11 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Halogenidgrundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
12 ein Blockdiagramm eines anderen Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Halogenidgrundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
13 ein Blockdiagramm noch eines anderen Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Halogenidgrundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
14 ein Blockdiagramm noch eines anderen Verfahrens zum Herstellen von Nano-Szintillatorteilchen auf Halogenidgrundlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
15 eine Zeichnung eines Sicherheitsbogens ist, der zum Nachweisen radioaktiver Schmuggelware gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik benutzt wird.
16 eine Zeichnung eines Strahlungsdetektors zum Nachweisen unterirdischer radioaktiver Materialien gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
I. ABBILDUNBGSSYSTEME UNTER EINSATZ VON SZINTILLATOREN
Ausführungsformen der vorliegenden Techniken schließen neue Szintillationsdetektoren ein, die zur Detektion von Strahlung in Abbildungssystemen, Sicherheitssystemen und anderen Geräten eingesetzt werden können. So veranschaulicht z. B. 1 ein medizinisches Abbildungssystem 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik. Dieses System kann, neben anderen z. B. eine bildgebende Positronemissionstomographie(PET)-Vorrichtung, eine Computer-unterstützte bildgebende Tomographie(CT)-Vorrichtung, ein computerisiertes Einzelpositronemissions-Tomographie(SPECT)-System, ein Mammographiesystem, ein Tomosynthesesystem oder ein allgemeines Radiographiesystem auf Röntgenstrahlengrundlage sein. Das beispielhafte System hat einen Rahmen 14, der mindestens einen Strahlungsdetektor enthält und andere Ausrüstung einschließen kann, wie ein Drehgerüst, um Röntgenstrahlenquellen und Detektoren um den Patienten herum zu bewegen. In gewissen Ausführungsformen ist der Patient auf einem Gleittisch 12 angeordnet und wird durch eine Öffnung 16 in dem Rahmen 14 hindurchbewegt. In solchen Ausführungsformen wird, während der Patient durch die Öffnung 16 bewegt wird, ein Querschnittsbild des Patienten durch ein Datenanalyse- und -Kontrollsystem 13 erzeugt. Das Datenanalysesystem 13 kann mehrere Einheiten einschließen, die Rechen-, Netzwerk- und Anzeige-Einheiten einschließen. Im Falle eines CT-Scanners kann die Abbildung aktiv durch Drehen einer Röntgenstrahlenquelle und eines Detektors, die in dem Rahmen 14 enthalten sind, um den Patienten herum erzeugt werden. Alternativ kann das Bild in PET, SPECT oder anderen Techniken passiv durch die Detektion von Emission von einer Strahlungsquelle erzeugt werden, die vorher von dem Patienten eingenommen wurde. In jedem Falle schließt das Detektorsystem typi scherweise einen Szintillator ein, um Photonen hoher Energie, in Form von Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, zu absorbieren und diese Energie in Form sichtbarer Photonen wieder zu emittieren.
Ein Beispiel eines Szintillators, der in medizinischen Abbildungssystemen eingesetzt werden kann, ist in 2 gezeigt. Der Szintillator 18 kann aus einem transparenten Keramikmaterial hergestellt sein, das eine Szintillationsverbindung enthält. Alternativ kann der Szintillator aus einem großen Kristall eines strahlungsempfindlichen Metallhalogenids, wie Cäsiumiodid, oder eines anderen strahlungsempfindlichen Materials hergestellt sein. Die Szintillatorbaueinheit 20 schließt typischerweise eine Ansammlung einzelner Pixel 22 ein, die aus einem Block des transparenten Keramik- oder kristallinen Szintillationsmaterials in einer Operation geschnitten werden können, die als würfeln bezeichnet wird. Nachdem das Material in die einzelnen Blöcke geschnitten worden ist, die Pixel entsprechen, kann jedes Pixel durch einen Reflektor optisch von anderen Pixeln isoliert werden. Weiter kann jedes Pixel mit einem individuellen Fotodetektor verbunden werden, wie einer Fotodiode, einem Fototransistor, einer Fotovervielfacherröhre, einer Ladungs-gekoppelten Vorrichtung oder einer anderen fotoaktiven Vorrichtung.
Der Gebrauch eines solchen Szintillators ist weiter durch 3 gezeigt, die eine Szintillationsdetektor-Baueinheit 24 eines beispielhaften Abbildungssystems, in diesem Falle eines CT-Systems, veranschaulicht. Wie in dieser Figur gezeigt, projiziert eine Röntgenstrahlenquelle 26 einen kollimierten Strahl von Röntgenstrahlen 30 durch einen Patienten 28. Während die Detektorbaueinheit 18, 34 und die Quelle 26 um den Patenten rotieren 27, werden die Röntgenstrahlen durch Strukturen in dem Patienten 28 vor dem Auftreffen auf den Szintillator 18 geschwächt oder gestreut. In dem Szintillator 18 werden viele der Photonen hoher Energie des Röntgenstrahles 30 absorbiert und in sichtbare Photonen geringerer Energie umgewandelt. Die sichtbaren Photonen werden dann durch eine Fotodetektor-Anordnung 34 nachgewiesen, die von der Quelle 26 aus an der gegenüberliegenden Seite des Szintillators 18 angebracht ist. Die Fotodetektor-Anordnung 34 wandelt die Photonen in elektrische Signale um, die durch leitende Strukturen 36 zu der Analyse-Elektronik geführt werden. Die Qualität der Abbildung kann von einer Anzahl von Faktoren abhängen, einschließlich der Lichtübertragung durch den Szintillator 18, die die Menge des Lichtes kontrolliert, die die Fotodetektoren erreichen kann. Andere wichtige Faktoren, die spezifisch für das Szintillatormaterial sind, sind die Menge der Strahlung hoher Energie, die durch den Szintillator 18 absorbiert wird, bezeichnet als Bremsvermögen, und die Umwandlungseffizienz oder die Quantenausbeute des Szintillators 18. Physikalische Faktoren kontrollieren, neben anderen, auch die Bildqualität, einschließlich Pixelgröße und Pixelisolation von Pixel zu Pixel.
II. SZINTILLATOREN, DIE NANO-TEILCHEN IN EINER KUNSTSTOFFMATRIX AUFWEISEN
4 veranschaulicht einern Szintillator 18, der in einer Szintillationsdetektor-Baueinheit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik eingesetzt werden kann. In diesem Szintillator 18 enthält eine Kunststoffmatrix 38 Nano-Teilchen 40 eines Szintillationsmaterials. Die Kunststoffmatrix 38 kann auch andere Materialien enthalten, wie Nano-Teilchen von Materialien 42 zur Brechungsindex-Anpassung, wie weiter unten diskutiert werden wird. Die Nano-Teilchen 40 des Szintillationsmaterials absorbieren Photonen 44 hoher Energie und emittieren die absorbierte Energie wieder als Photonen 46 geringerer Energie. Die Photonen 46 geringerer Energie können dann durch den Fotodetektor 34 eingefangen und in elektrische Signale umgewandelt werden, die über die leitenden Strukturen 36 wieder zum Analysesystem 13 übertragen werden. Wie oben erläutert, wird nicht die gesamte Energie eingefangen, sodass einige der Photonen 48 hoher Energie durch den Szintillator 18 und die Fotodetektor-Baueinheit 34 hindurchgehen.
A. DAS KUNSTSTOFFMATRIXMATERIAL
Die Kunststoffmatrix 38 kann eine große Anzahl von Materialien einschließen, die Licht bei der Frequenz der Photonen 46 geringerer Energie übertragen, einschließlich sowohl thermoplastischer als auch wärmegehärteter Materialien. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik kann die Matrix aus Materialien hergestellt werden, wie Polycarbonat, Polystyrol, Polyurethan, Polyacrylat, Polyamid, Polymethylpenten (PMP), Zellulosepolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenterephthalatglykol (PETG) oder Kombinationen davon. In anderen Ausführungsformen kann die Kunststoffmatrix 38 solche Materialien einschließen, wie Phenol-Formaldehyd-Harz, Poly-N-Phenylcarbazol, kristallines Flüssigkeitspolymer (LCP), Polysiloxan, Polyphosphazen, Polyimide, Epoxide, Phenolharze oder Kombinationen davon.
Diese Materialien können durch eine Anzahl von Verarbeitungstechniken zu sehr kleinen Pixelgrößen geformt werden, die für spezifische Ausführungsformen benötigt sein können. Solche Techniken können, neben anderen, Spritzgießen, Lösungsmittelgießen, Thermoformen oder reaktives Spritzgießen einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine andere Kunststoffverarbeitungstechnik benutzt werden kann, während er im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bleibt. Weiter können die gegenwärtigen Schneide- bzw. Würfelschneide- Techniken auch zur Bildung kleiner Pixelbaueinheiten benutzt werden, da die Kunststoffmatrix 38 gegen Beschädigung durch Schneiden beständiger sein kann als derzeit benutzte Materialien. In gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Technik mag das Schneiden nicht erforderlich sein, da die Kunststoffmatrix 38 ein isotropes Material sein kann, wie ein kristallines Flüssigpolymer (LCP). In diesen Matrizes kann die Lichtdurchleitung in gewissen Richtungen begünstigt oder erleichtert werden, wie von der Vorderseite des Szintillators zu den fotodetektierenden Komponenten hin, während sie in anderen Richtungen benachteiligt oder verhindert werden kann, wie seitlich oder von Seite zu Seite innerhalb des Szintillators.
B. MAXIMIEREN DER LICHTDURCHSTRAHLUNG
Zusätzlich zur Auswahl einer transparenten Kunststoffmatrix 38 kann die Lichtdurchstrahlung durch den Szintillator 18 auf zwei Weisen maximiert werden, durch den Einsatz von Nano-Teilchen 40 und durch Anpassen von Brechungsindices. Die Nano-Teilchen 40 des Szintillationsmaterials können so klein wie möglich gehalten werden, um das Streuen von Licht im Szintillator zu vermeiden. So können, z. B., in einigen Ausführungsformen die Teilchen kleiner als etwa 100 nm sein. Weiter können die Nano-Teilchen 40 isotrop oder sphärisch oder sie können anisotrop sein. Sind die Teilchen anisotrop, dann ist die relevante Größe zur Bestimmung des Streuens der Querschnitt des Teilchens senkrecht zur Richtung des eintreffenden Lichtes. Bleibt dieser Querschnitt gering, dann kann ein anisotropes Teilchen, das in der Richtung des eintretenden Lichtes ausgerichtet ist, benutzt werden, um die Umwandlungseffizienz des Systems zu erhöhen, ohne dass die Lichtdurchstrahlung signifikant vermindert wird.
Die zweite Technik zum Maximieren der Lichtdurchstrahlung ist es, den Brechungsindex der Kunststoffmatrix bei den Wellenlängen der Szintillatoremission an den Brechungsindex des Szintillationsmaterials anzupassen. Die folgende Tabelle 1 führt die Brechungsindices für Szintillationsmaterialien auf, die in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Technik eingesetzt werden können. Diese Werte liegen im Bereich von 1,8 bis 1,9. In gewissen Ausführungsformen können diese Brechungsindices durch geeignete Auswahl des Matrixmaterials 38 angepasst werden. In anderen Ausführungsformen können die Brechungsindices durch Einbeziehen von Nano-Teilchen 42 aus Titandioxid in der Kunststoffmatrix angepasst werden. Diese Teilchen sind zu klein, um Licht zu streuen und interferieren daher nicht mit der Lichtdurchstrahlung durch den Szintillator. Die Zugabe der Titandioxidteilchen 42 kann jedoch den Brechungsindex der Kunststoffmatrix erhöhen. In dieser Ausführungsform kann der Brechungsindex der Kunststoffmatrix 38 eingestellt werden, um ihn an den Brechungsindex der Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials 40 anzupassen, indem man die hinzugegebene Menge der Titandioxidteilchen 42 kontrolliert. In anderen Ausführungsformen können Nano-Teilchen von Tantaloxid oder Hafniumoxid zum Anpassen des Brechungsindex des Matrixmaterials an das Szintillationsmaterial eingesetzt werden. Das für die Nano-Teilchen 40 des Szintillationsmaterials benutzte Material kann irgendeine Verbindung sein, die geeignete Szintillations-Eigenschaften aufweist und zu Nano-Teilchen geformt werden kann.
C. SZINTILLATIONSMATERIALIEN FÜR NANO-TEILCHEN
Materialien, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, schließen Metalloxide, Metalloxyhalogenide, Metalloxysulfide oder Metallhalogenide ein. In Ausführungsformen kann das Szintillationsmate rial, z. B., ein Metalloxid der allgemeinen Formeln sein: Y₂SiO₅:Ce, Y₂Si₂O₇:Ce, LuAlO₃:Ce, Lu₂SiO₅:Ce, Gd₂SiO₅:Ce, YAlO₃:Ce, ZnO:Ga, CdWO₄, LuPO₄:Ce, PbWO₄, Bi₄Ge₃O₁₂, CaWO₄, (Y_1-xGd_x)₂O₃:Eu, RE₃Al₅O₁₂:Ce (worin RE mindestens ein Seltenerdmetall ist) oder Kombinationen davon. In einer anderen Ausführungsform können die Szintillationsmaterialien auch ein oder mehrere Metalloxysulfide zusätzlich zu oder anstelle der Oxide einschließen, wie Gd₂O₂S:Tb oder Gd₂O₂S:Pr. In anderen Ausführungsformen kann das Szintillationsmaterial ein Metalloxyhalogenid sein, das eine allgemeine Formel von LaOX:Tb hat, worin X Cl, Br oder I ist.
In anderen Ausführungsformen kann das Szintillatormetall ein Metallhalogenid einer allgemeinen Formel von M(X)_n:Y sein, worin M mindestens eines von La, Na, K, Rb, Cs ist, jedes X unabhängig F, Cl, Br oder I ist, Y mindestens eines von Tl, Tb, Na, Ce, Pr und Eu ist und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist. Solche Leuchtstoffe können, z. B., neben anderen LaCl₃:Ce und LaBr₃:Ce einschließen. In anderen Ausführungsformen kann das Szintillatormaterial statt oder zusätzlich zu den vorhergehenden Leuchtstoffen [La_(1-x)Ce_x][Cl_(1-y-z)Br_(y-z)I_z]₃ umfassen, worin x, z, (1-y-z) und (y-z) im Bereich von 0 bis 1 variieren können,. Andere Metallhalogenide, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, schließen LaCl₃:Ce, RbGd₂F₇:Ce, CeF₃, BaF₂, CsI(Na), CaF₂:Eu, LiI:Eu, CsI, CsF, CsI:Tl, NaI:Tl und Kombinationen davon ein. Halogenidartige Materialien, wie CdS:In und ZnS können auch in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Die relevanten Eigenschaften der verschiedenen beispielhaften Szintillationsmaterialien sind detailliert in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Diese Beispiele werden nur zur Veranschaulichung beispielhafter Eigenschaften von Materialien angegeben, die als Nano-Szintillationsmaterialien eingesetzt werden können, und sie sollen nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken. Der Fachmann wird realisieren, dass Nano-Teilchen anderer Szintillationsmaterialien, wie oben beschrieben, benutzt werden können, während man im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verbleibt. Tabelle 1. Eigenschaften von Szintillatormaterial-Kandidaten zur Nano-Pulversynthese

	Lichtausbeute (Photonen/MeV)	Emission Max (nm)	Abklingzeit (μs)	E/E bei 662 KeV (FWHM, %)	Dichte (g/cm³)	Brechungsindex (–)	Hygroskopisch
Referenz-Szintillator
NaI:Tl	41.000	410	0,23	5,6	3,67	1,85	stark
Oxide – (Y, Gd)₂O₃:Eu, Y₂SiO₅, Y₂Si₂O₇
(Y, Gd)₂O₃:Eu	>35.000	611	960	>10%	5,95	1,9	nein
Y₂SiO₅:Ce	>35.000	420	0,039	9,4	4,54	~1,8	nein
Oxyhalogenide – LaO(Cl, Br, I)
LaOBr:Tb	67.000	425	-	-	~6.3	-	moderat
Halogenide – La(Cl, Br, I)₃
LaCl₃:Ce	49.000	350	0,023	3,8	3,79	1,9	stark
LaBr₃:Ce	63.000	380	0,016	2,8	5,79	1,9	stark
La(Cl_0,47Br_0,53)₃:Ce	70.000	370	0,025	3,8	4,85	1,9	stark

D. ÜBERZIEHEN DER NANO-TEILCHEN
Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist eine Anzahl der Szin tillationsmaterialien moderat bis stark hygroskopisch, was zu deren Verschlechterung neigt, da sie Wasser aus der Atmosphäre absorbieren. Weiter kann es Nano-Teilchen 40 der Szintillationsmaterialien an Verträglichkeit mit der Kunststoffmatrix 38 mangeln, was zur Agglomeration während der Verarbeitung führt. Beide Effekte können durch Überziehen der Teilchen 40 vor der Einbeziehung in die Matrix vermindert werden. Der Überzug kann entweder kleine Molekülliganden oder polymere Liganden einschließen. Beispielhafte kleine Molekülliganden können Octylamin, Ölsäure, Trioctylphosphinoxid oder Trialkoxysilan einschließen. Der Fachmann wird realisieren, dass andere kleine Molekülliganden zusätzlich oder anstelle der hier aufgeführten eingesetzt werden können. Die Teilchen 40 können auch mit polymeren Liganden überzogen werden, die entweder von der Oberfläche der Nano-Teilchen 40 aus synthetisiert oder zu der Oberfläche der Nano-Teilchen 40 hinzugefügt werden können.
5 veranschaulicht ein Beispiel des Überziehens eines Teilchens 40 durch Wachsenlassen von Polymerketten von der Oberfläche des Teilchens 40. In diesem Diagramm hat das Nano-Teilchen 40 durch die Zugabe von Polymerinitiations-Verbindungen zur Bildung von Polymerinitiationsstellen 52 auf dem Teilchen 40 funktionelle Gruppen. In gewissen Ausführungsformen können solche Polymerinitiations-Verbindungen, neben anderen, Amine, Carbonsäuren oder Alkoxysilane einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Polymerinitiations-Verbindungen zusätzlich zu oder anstelle der aufgeführten arbeiten können. Nachdem das Teilchen 40 mit den Initiations-Verbindungen mit funktionellen Gruppen versehen worden ist, können Monomere zu der Lösung hinzugegeben werden, um polymere oder oligomere Ketten 54 von den Initiationsstellen 52 aus wachsen zu lassen. Die Endgröße der Hülle 56, die um das Teilchen herum gebildet wird, hängt von der Anzahl der Initiationsstellen 52 und der Menge des Monomers ab, die zu der Lösung hinzugegeben wurde. Der Fachmann wird erkennen, dass diese Parameter für erwünschte Resultate eingestellt werden können.
6 veranschaulicht ein Beispiel des Überziehens eines Teilchens 40 mit einem Polymer 58. In diesem Falle kann die Polymerkette ausgewählt werden, mit dem Teilchen in Wechselwirkung zu treten und sie kann regellose Copolymere und Blockcopolymere einschließen. Im letzteren Falle kann eine Monomerkette ausgewählt werden, mit dem Teilchen 40 in Wechselwirkung zu treten, während das andere dahingehend ausgewählt werden kann, dass es mit der Polymermatrix in Wechselwirkung tritt. In gewissen Ausführungsformen kann der Polymerüberzug, neben anderen, solche Gruppen, wie Amine, Carbonsäuren und Alkoxysilane einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Gruppen auch wirksam sein können.
III. HERSTELLEN DER NANO-TEILCHEN
eine Anzahl verschiedener Prozeduren kann benutzt werden, um die Nano-Teilchen 40 herzustellen. So können, z. B., die Nano-Teilchen 40 der hierin beschriebenen Metalloxide hergestellt werden durch Mikroemulsions-Sol-Gel-Verfahren, die detailliert unter Bezugnahme auf die 7 und 8 weiter unten beschrieben werden. Nano-Teilchen von Metalloxyhalogeniden oder -oxysulfiden, die in anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden, können hergestellt werden durch Verfahren, die detailliert unter Bezugnahme auf die 9 und 10 weiter unten beschrieben werden. Weiter können die Nano-Teilchen der Metallhalogenide, die in anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden, hergestellt werden unter Einsatz von ionischen Flüssigkeiten, wie detailliert unter Bezugnahme auf die 11 bis 14 weiter unten ausgeführt.
Die Mehrzahl dieser Verfahren nutzt die Eigenschaften einer Mikroemulsion, die Größe der Teilchen zu kontrollieren. In einer Mikroemulsion werden fein dispergierte Tröpfchen eines Lösungsmittels in einem anderen unmischbaren Lösungsmittel suspendiert, wie Wasser in Öl. Die Tröpfchen werden durch die Zugabe eines amphiphilen Moleküls stabilisiert, wie eines oberflächenaktiven Mittels, das die Grenzflächenenergie zwischen den beiden unverträglichen Lösungsmitteln senkt. Die Menge des amphiphilen Moleküls kann die Größe der Tröpfchen und der resultierenden Teilchen kontrollieren. In einer Wasser-in-Öl-Konfiguration haben die Wassertröpfchen typischer weise eine Größe im Nanometer(nm)-Bereich und sie können als Reaktoren zum Bilden der Endteilchen benutzt werden. Für Materialien, die empfindlich gegen Wasser sind, wie die Metallhalogenide, können Mikroemulsionen unter Einsatz einer ionischen Flüssigkeit anstelle des Wassers gebildet werden.
A. METALLOXIDE
7 ist ein Blockdiagramm eines Mikroemulsions-Verfahrens auf Sol-Gel-Grundlage zur Bildung von Nano-Teilchen 40 eines Metalloxid-Szintillationsmaterials. Bei diesem Verfahren wird eine erste Mikroemulsion 72 durch Kombinieren einer wässerigen Sol-Lösung 66 mit einer organischen Lösung 70 gebildet, die ein oberflächenaktives Mittel 68 enthält.
In diesem Beispiel wird die wässerige Sol-Lösung 66 gebildet durch zuerst Auflösen einer oder mehrerer Silikatverbindungen, Metallsalze und/oder metallorganischer Verbindungen 60 in einem Alkohol, wie in Block 62 gezeigt. Eine wässerige Säurelösung 64 wird dann zu der Alkohollösung hinzugegeben, um das Silikat partiell zu hydrolysieren, was zur Bildung der Sol-Lösung 66 führt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der eingesetzte Alkohol 1-Hexanol. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Alkohole eingesetzt werden können, wie, z. B., geradkettige oder verzweigte Alkohole auf Alkangrundlage, die ein bis zehn Kohlenstoffe enthalten. In beispielhaften Ausführungsformen können die Silikatverbindungen Tetraethylorthosilicat (TEOS), Tetramethylorthosilicat (TMOS) oder Kombinationen davon sein. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Silikate für die Sol-Lösungsvorstufen eingesetzt werden können. Weiter können andere Vorstufen zusätzlich oder anstelle von Silikaten eingesetzt werden, um Verbindungen mit verschiedenen Matrices zu bilden. Zum Bilden einer Szintillationsverbindung, die eine Aluminiumoxidmatrix aufweist, können, z. B., aluminiumhaltige Verbindungen benutzt werden, einschließlich, z. B., Triethylaluminium oder Metall(tetraethylaluminium), wobei das Metall mindestens ein Metallanion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Metallen der Gruppe 1, Metallen der Gruppe 2, Metallen der Gruppe 3, Metallen der Gruppe 6, Metallen der Gruppe 12, Metallen der Gruppe 13, Metallen der Gruppe 14 und Metallen der Gruppe 15. In anderen Ausführungsformen, wie, z. B., (Y_1-xGd_x)₂O₃:Eu oder PbWO₄, können lösliche Salze der Metalle ohne zugegebenes Silikat benutzt werden. In Fällen, bei denen Metallsalze ohne eine Silikatvorstufe benutzt werden, kann anstelle der Säure 64 eine wässerige Base eingesetzt werden, um die partiell gelierte Lösung zu bilden. In dieser Ausführungsform kann Base 78 aus dem Verfahren weggelassen werden.
Die ausgewählten Metallsalze hängen von dem erwünschten Endmetalloxid ab. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Metallsalze Y(NO₃)₃ und Ce(NO₃)₃. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Metalloxid-Szintillationsmaterialien mit diesem Verfahren hergestellt werden können, was erfordern mag, dass andere Metallsalze ausgewählt werden. Um, z. B., eine Szintillationsverbindung, wie PbWO₄, herzustellen, können solche Salze Pb(NO₃)₂ und WCl₄ oder W(Oc₂H₅)₆ einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass jede unabhängige Szintillationsverbindung die Auswahl der geeigneten Vorstufensalze erfordert.
Die zweite Komponente der ersten Mikroemulsion 72 wird durch Auflösen eines oberflächenaktiven Mittels 68 in einem organischen Lösungsmittel gebildet, wie in Block 70 gezeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das oberflächenaktive Mittel Polyoxyethylen(5)nonylphenylether, erhältlich als Igepal^® CO-520 von ICI Americas. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl von oberflächenaktiven Mitteln eingesetzt werden kann, neben anderen, einschließlich solcher oberflächenaktiver Mittel, wie aromatischer Ethoxylate, Polyethylenglykoldodecylether, erhältlich als Brij^® von ICI Americas, oberflächenaktiver Sorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Tween^® von ICI Americas, oberflächenaktiver Polyoxyethylensorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Span^® von ICI Americas oder Alkylphenole. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel n-Hexan. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl anderer organischer Lösungsmittel, einschließlich Alkyl- oder Aryl-Lösungsmittel, benutzt werden kann.
Die zweite Mikroemulsion 80 wird durch Auflösen eines oberflächenaktiven Mittels 74 in einem organischen Lösungsmittel gebildet, wie in Block 76 gezeigt, dann gibt man eine Lösung einer wässerigen Base 78 hinzu. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das oberflächenaktive Mittel Polyoxyethylen(5)nonylphenylether sein, erhältlich als Igepal^® CO-520 von ICI Americas. Wie oben diskutiert, kann jedoch irgendeine Anzahl anderer oberflächenaktiver Mittel eingesetzt werden, während man im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bleibt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird n-Hexan als das Lösungsmittel eingesetzt. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl anderer organischer Lösungsmittel, einschließlich Alkyl- oder Aryl-Lösungsmittel, benutzt werden kann. In gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist die wässerige Base Ammoniumhydroxid. Der Fachmann wird erkennen, dass andere wässerige Basenlösungen benutzt werden können, während man innerhalb des Umfanges der vorliegenden Offenbarung bleibt.
Die erste Mikroemulsion 72 und die zweite Mikroemulsion 80 werden kombiniert, wie in Block 82 gezeigt, um eine andere Mikroemulsion zu bilden, die Nano-Tröpfchen eines Sol-Gels enthält, das eine Metalloxidvorstufe für ein Szintillationsmaterial enthält. Die Teilchen des Sol-Gel-Materials können aus der kombinierten Mikroemulsion isoliert werden, wie in Block 84 gezeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann diese Isolation durch Gefriertrocknen erfolgen. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Techniken ebenso benutzt werden können, um die Teilchen zu isolieren, einschließlich, neben anderen, Druckfiltration und Zentrifugieren. Nach der Isolation können die Teilchen zur Bildung der endgültigen Nano-Teilchen des Metalloxid-Szintillators gebrannt werden. Dieses Brennen wird typischerweise unter einer kontrollierten Atmosphäre bei 900–1.400°C für eine Dauer von einer Minute bis zehn Stunden ausgeführt. Der Fachmann wird erkennen, dass die genauen Bedingungen, die zum Brennen erforderlich sind, von der ausgewählten Teilchengröße und den ausgewählten Materialien abhängt.
8 ist ein Blockdiagramm eines anderen Verfahrens zur Bildung eines Szintillators auf Metalloxidgrundlage gemäß gewissen Ausführungsformen. Bei diesem Verfahren werden ein oder mehrere Silikatverbindungen und ein oder mehrere organische Metallsalze 86 in einem organischen Lösungsmittel gelöst, wie in Block 88 gezeigt, um eine Silikat/Metallsalz-Lösung 90 zu bilden. In beispielhaften Ausführungsformen können die Silikatverbindungen Tetraethylorthosilicat (TEOS), Tetramethylorthosilicat (TMOS) oder Kombinationen davon sein. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Silikat für die Sol-Lösungsvorstufen benutzt werden können. Die ausgewählten Metallsalze hängen von dem erwünschten Endmetalloxid ab. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die organischen Metallsalze Yttriumhexanoat oder Yttriumcarboxylat. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Metalloxid-Szintillationsmaterialien, als die oben aufgeführten, mit die sem Verfahren hergestellt werden können, was die Auswahl anderer Metallsalze erfordern kann.
Ein oberflächenaktives Mittel 92 wird dann in einem organischen Lösungsmittel gelöst, wie in Block 94 gezeigt. Wasser 96 wird zu dieser Lösung hinzugegeben, um eine Mikroemulsion 98 zu bilden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das oberflächenaktive Mittel Polyoxyethylen(5)nonylphenylether, erhältlich als Igepal^® CO-520 von ICI Americas. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl von oberflächenaktiven Mitteln eingesetzt werden kann, neben anderen, einschließlich solcher oberflächenaktiver Mittel, wie aromatischer Ethoxylate, Polyethylenglykoldodecylether, erhältlich als Brij^® von ICI Americas, oberflächenaktiver Sorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Tween^® von ICI Americas, oberflächenaktiver Polyoxyethylensorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Span^® von ICI Americas oder Alkylphenole. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel n-Hexan. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl anderer organischer Lösungsmittel, einschließlich Alkyl- oder Aryl-Lösungsmitteln, benutzt werden kann.
Die Silikat- und/oder Metallsalz-Lösung 90 kann erhitzt und langsam zu der Mikroemulsion 98 hinzugegeben werden, wie durch Bezugsziffer 100 gezeigt, um Gel-Sol-Teilchen zu bilden, die Metalloxidvorstufen enthalten. Wie in Block 102 gezeigt, können diese Teilchen aus der Mikroemulsion, wie durch Gefriertrocknen, isoliert werden. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Techniken auch benutzt werden können, um die Teilchen zu isolieren, einschließlich, neben anderen, Druckfiltration und Zentrifugieren. Nach der Isolation können die Teilchen zur Bildung der endgültigen Nano-Teilchen des Metalloxid-Szintillators gebrannt werden. Dieses Brennen wird typischerweise unter einer kontrollierten Atmosphäre bei 900– 1.400°C für eine Dauer von einer Minute bis zehn Stunden ausgeführt. Der Fachmann wird erkennen, dass die genauen Bedingungen, die zum Brennen erforderlich sind, von der ausgewählten Teilchengröße und den ausgewählten Materialien abhängt.
B. METALLOXYHALOGENIDE UND -OXYSULFIDE
Ein Verfahren, das zur Bildung von Nano-Teilchen aus einem Metalloxyhalogenid- oder Metalloxysulfid-Szintillationsmaterial benutzt werden kann, ist in dem Blockdiagramm der 9 gezeigt. Bei diesem Verfahren werden Metallsalze 104 in Wasser gelöst, wie in Block 106 gezeigt. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik sind die Metallsalze La(NO₃)₃ und Ce(NO₃)₃. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Metalloxyhalogenid- oder Metalloxysulfid-Szintillationsmaterialien unter Benutzung dieses Verfahrens hergestellt werden können, was die Auswahl anderer Metallsalze erfordern mag. Solche Metallsalze können Metalle und Kombinationen von Metallen einschließen, ausgewählt aus den Gruppen 2, 3, 13, 14 und 15 des periodischen Systems der Elemente. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik kann das Wasser entweder destilliert oder in anderer Weise gereinigt sein, um Innenverunreinigung zu entfernen.
Eine wässerige Base 108 wird dann zu der Wasserlösung hinzugegeben, um ein die Metallionen enthaltendes Gel auszufällen. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist die wässerige Base Ammoniumhydroxid. Der Fachmann wird erkennen, dass andere wässerige Basenlösungen eingesetzt werden können, während man innerhalb des Umfanges der vorliegenden Offenbarung bleibt. Das ausgefällte Gel kann gewaschen werden, um überschüssige freie Ionen zu entfernen, wie in Block 110 gezeigt. Das Gel kann gerührt und erhitzt, wie in Block 112 gezeigt, und dann ofengetrocknet werden, um einen kristallinen Nano-Niederschlag zu bilden, wie in Block 120 gezeigt. Ein Wasserstoffanionengas, wie, z. B., HCl, HBr oder H₂S, wird durch Wasser geblasen, wie in Block 114 gezeigt, um eine gesättigte Lösung 118 des Wasserstoffanionengases in Wasser zu bilden. Das endgültige Metallhalogenid kann dann durch Glühen des getrockneten kristallinen Nano-Niederschlages in einem Ofen unter einer Strömung des wassergesättigten Wasserstoffanionengases 118 gebildet werden, wie in Block 122 gezeigt. In anderen Ausführungsformen können HF oder HI mit geeignetem Erhitzen und/oder Beseitigung von Wasser benutzt werden. In noch anderen Ausführungsformen kann das oben detailliert beschriebene Verfahren benutzt werden, ein Oxysulfidmaterial, wie, z. B., Gd₂O₂S:Tb oder Gd₂O₂S:Pr, zu bilden. In dieser Ausführungsform wird das Gel, wie oben beschrieben, gebildet, und dann unter einer Strömung von Wasser, gesättigt mit H₂S, gebrannt, um die endgültige Oxysulfidphase zu bilden. In einer anderen Ausführungsform kann ein Metalloxysulfid durch Auflösen des Metallsalzes 104, wie, z. B., Gadoliniumnitrat, in Propylencarbonat, das tert-Butylsulfid als einen Emulgator enthält, gebildet werden. Die Metalllösung wird zur Bildung von Micellen zu dem Wasser 106 hinzugegeben. Die Micellen werden durch die Zugabe einer Base 108 ausgefällt und dann aus der Lösung isoliert und ofengetrocknet, wie in 120 gezeigt. Der Gebrauch einer wassergesättigten Wasserstoffanionen-Gasströmung 122 während des Brennens kann bei dieser Ausführungsform wahlweise erfolgen.
Ein anderes Verfahren zur Bildung eines Metalloxyhalogenids oder Metalloxysulfids ist durch das Blockdiagramm in 10 wiedergegeben. Bei diesem Verfahren werden organische Metallsalze 124 in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, wie in Block 126 gezeigt. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik sind die organischen Metallsalze La(OR)₃ und Ce(OR)₃, worin R eine Alkylgruppe von einem bis zwölf Kohlenstoffen ist. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Metallo xyhalogenid- oder Metalloxysulfid-Szintillationsmaterialien unter Anwendung dieses Verfahrens hergestellt werden können, was das Auswählen verschiedener Metallsalze erfordern mag. Solche Metallsalze können Metalle und Kombinationen von Metallen einschließen, ausgewählt aus den Lanthanoiden und den Gruppen 1, 2, 3, 13, 14 und 15 des Periodensystems der Elemente. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel n-Hexan. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl anderer organischer Lösungsmittel, einschließlich Alkyl- oder Aryl-Lösungsmittel, eingesetzt werden kann.
Eine Mikroemulsion 136 wird hergestellt durch Auflösen eines oberflächenaktiven Mittels 130 in einem organischen Lösungsmittel, wie in Block 132 gezeigt, dann erfolgt die Zugabe eines Ammoniumhalogenids 134 zu dieser Lösung. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist das oberflächenaktive Mittel Polyoxyethylen(5)nonylphenylether, erhältlich als Igepal^® CO-520 von ICI Americas. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl von oberflächenaktiven Mitteln eingesetzt werden kann, neben anderen, einschließlich solcher oberflächenaktiver Mittel, wie aromatischer Ethoxylate, Polyethylenglykoldodecylether, erhältlich als Brij^® von ICI Americas, oberflächenaktiver Sorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Tween^® von ICI Americas, oberflächenaktiver Polyoxyethylensorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Span^® von ICI Americas oder Alkylphenole. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel n-Hexan. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl anderer organischer Lösungsmittel, einschließlich Alkyl- oder Aryl-Lösungsmittel, benutzt werden kann. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik kann das Ammoniumhalogenid NH₄Cl, NH₄Br, NH₄I, NH₄F oder Kombinationen davon sein.
In anderen Ausführungsformen kann das detailliert in 10 beschriebene Verfahren zum Bilden von Oxysulfiden, wie, z. B., Gd₂O₂S:Tb oder Gd₂O₂S:Pr, benutzt werden. In dieser Ausführungsform können die organischen Ausgangs-Metallsalze Schwefelverbindungen einschließen, worin eine oder mehrere der -OR-Gruppen durch -SR-Gruppen substituiert sind. Ein Beispiel einer solchen Verbindung kann Gd(OR)₂(SR) sein. Alternativ kann ein Thioacetamid oder eine andere schwefelhaltige Verbindung anstelle der Ammoniumhalogenid-Verbindung eingesetzt werden, um die Oxysulfide zu bilden.
Die die organischen Metallsalze enthaltende Lösung kann erhitzt werden, wie in Block 128 gezeigt, und dann, wie durch 130 angegeben, langsam zu der Mikroemulsion 136 hinzugegeben werden, um Teilchen der Metalloxyhalogenid- oder -Oxysulfid-Vorstufen zu bilden. Wie in Block 140 gezeigt, können diese Teilchen durch Gefriertrocknen aus der Mikroemulsion isoliert werden. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Techniken benutzt werden können, um die Teilchen zu isolieren, einschließlich, neben anderen, Druckfiltration und Zentrifugieren.
Nach der Isolation können die Teilchen gebrannt werden, um die Nano-Endteilchen des Metalloxid-Szintillators zu bilden. Dieses Brennen erfolgt typischerweise unter einer kontrollierten Atmosphäre bei 900–1.400°C für eine Dauer von einer Minute bis zehn Stunden. Der Fachmann wird erkennen, dass die genauen Bedingungen, die zum Brennen erforderlich sind, von der ausgewählten Teilchengröße und den ausgewählten Materialien abhängen.
C. BENUTZEN IONISCHER FLÜSSIGKEITEN ZUM HERSTELLEN VON METALLHALOGENIDEN
Die Verfahren zum Bilden von Metalloxid- und Metalloxyhalogenid-Szintillationsverbindungen, die oben diskutiert sind, benutzen Wasser zum Bilden der Nano-Vorstufen für die Szintillatoren. Dies mag jedoch für Materialien nicht möglich sein, die empfindlich auf Wasser reagieren, wie Metallhalogenid-Szintillatoren, die sehr hygroskopisch sind. Beispiele solcher Materialien können NaI:Tl-, CsI:Tl- und CsI:Na-Halogenidsalze einschließen. Für diese Materialien können Mikroemulsionen eingesetzt werden, die aus ionischen Flüssigkeiten und organischen Lösungsmitteln hergestellt sind. Ionische Flüssigkeiten repräsentieren eine neue Klasse stark polarer, nicht-wässeriger Lösungsmittel mit Eigenschaften ähnlich Wasser. Der Ersatz von Natrium in NaCl, z. B., durch ein massiges Imidazolinium-Kation, 1-Hexyl-3-methylimidazolium, induziert eine ionische salzartige Flüssigkeit mit einem Schmelzpunkt von –75°C, die den Einsatz anstelle von Wasser ermöglicht. Diese Charakteristik bietet signifikante Vorteile bei der Herstellung hygroskopischer Materialien, indem sie den Einsatz üblicher wasserlöslicher Reaktanten gestattet. Die ionischen Flüssigkeiten können zur Bildung von Mikroemulsionen eingesetzt werden, wie oben für Wasser beschrieben, wobei eine Suspension von Nano-Tröpfchen einer Ionenflüssigkeit in einem organischen Lösungsmittel durch die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels stabilisiert ist. Die Nano-Tröpfchen können als Reaktoren zum Kontrollieren der Größe der gebildeten Metallhalogenid-Teilchen benutzt werden.
Potenzielle Kationen, die für ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden können, sind unten gezeigt.
In diesen Strukturen können R¹-R⁴ eine Alkylgruppe, wie, neben anderen, -CH₃, -CH₂CH₃ oder -CH₂CH₂CH₃ sein. Potenzielle Anionen, die zum Bilden einer ionischen Flüssigkeit eingesetzt werden können, sind unten gezeigt.
In diesen Strukturen kann R eine Alkylgruppe, wie, neben anderen, -CH₃, -CH₂CH₃ oder -CH₂CH₂CH₃ sein. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik schließen ionische Flüssigkeiten, die eingesetzt werden können, neben anderen, Imidazoliumchlorid oder Imidazoliumbromid ein. Der Fachmann wird erkennen, dass die Auswahl des speziellen involvierten Anions und Kations von dem Schmelzpunkt, der Auflösung und anderen Eigenschaften abhängt, die für die Lösung erwünscht sind.
11 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens, das ionische Flüssigkeiten zum Bilden von Nano-Teilchen eines Metallhalogenids gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik benutzt. Bei diesem Verfahren wird eine Metalllösung 142 durch Auflösen eines oder mehrerer Metallsalze 144 in einer ionischen Flüssigkeit 146 gebildet. In Ausführungen der vorliegenden Technik können solche Metallsalze Lanthan, Cer, Rubidium, Gadolinium, Barium, Cäsium, Calcium, Europium, Indium, Praseodym, Terbium, Thallium und Kombinationen davon einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass dieses Verfahren benutzt werden kann, Nano-Teilchen zahlreicher anderer Metallhalogenide herzustellen und die speziell ausgewählten Metalle hängen von dem erwünschten Endprodukt ab. Solche Metalle können, z. B., Metalle oder Kombinationen von Metallen einschließen, ausgewählt aus den Lanthanoiden oder den Gruppen, 1, 2, 3, 13, 14 oder 15 des Periodensystems der Elemente. Die eingesetzte ionische Flüssigkeit kann, wie oben erläutert, ausgewählt werden.
Ein Halogenidlösung 148 wird hergestellt durch Auflösen eines Halogenidsalzes 150 in einer zweiten ionischen Flüssigkeit 152. Diese zweite ionische Flüssigkeit kann identisch der ersten sein oder es kann eine andere ionische Flüssigkeit ausgewählt werden, wie oben beschrieben. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik kann das Halogenidsalz ein Ammoniumchlorid, Ammoniumbromid oder eine Kombination davon sein. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Quellenverbindungen für Halogenidanionen benutzt werden können, einschließlich Materialien einer allgemein Formel NR₄Y, worin jedes R unabhängig ausgewählt wird als ein Hydrid, Alkyl, Aryl oder Halogenid und Y kann ein Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid oder eine Kombination davon sein. In anderen Ausführungsformen können andere Verbindungen benutzt werden, die Anionen liefern, die in einer ähnlichen Weise wie Halogenide reagieren, wie, z. B., Schwefel. Solche Verbindungen können, z. B., Ammoniumsulfide, Thioacetamide, Thioharnstoffe oder ähnliche Verbindungen einschließen.
Die beiden Lösungen werden, wie durch 154 angezeigt, kombiniert, um die endgültigen Nano-Teilchen 156 zu bilden. Das vermischen kann langsam erfolgen, um die gebildete Teilchengröße zu optimieren. Der Fachmann wird erkennen, dass Energie während dieses Prozesses eingesetzt werden kann, um die Reaktion zu beschleunigen, wie durch Erhitzen, Schallbehandlung oder andere Techniken. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik können die Teilchen aus der Lösung isoliert werden, wie in Block 158 gezeigt, durch Filtrieren, Phasentrennung, Gefriertrocknen oder irgendeine andere Technik, die benutzt werden kann, um das feste Produkt aus der Mikroemulsion zu isolieren.
12 ist ein Blockdiagramm eines anderen Verfahrens zur Bildung von Nano-Teilchen eines Metallhalogenids gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik. Bei diesem Verfahren wird eine organische Metalllösung 160 durch Auflösen eines oder mehrerer organischer Metallsalze 162 in einem organischen Lösungsmittel 164 gebildet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel n-Hexan. Der Fachmann wird erkennen, dass irgendeine Anzahl anderer organi scher Lösungsmittel, einschließlich Alkyl- oder Aryl-Lösungsmittel, eingesetzt werden kann. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik können solche organischen Metallsalze Lanthan, Praseodym, Cer, Terbium, Thallium, Europium und Kombinationen davon einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass dieses Verfahren benutzt werden kann, Nano-Teilchen zahlreicher anderer Metallhalogenide herzustellen, und dass die speziell ausgewählten Metalle von dem erwünschten Endprodukt abhängen. Solche Metalle können, z. B., Metalle oder Kombinationen von Metallen einschließen, ausgewählt aus den Lanthanoiden und den Gruppen 1, 2, 3, 13, 14 oder 15 des Periodensystems der Elemente. Die organischen Anionen, die benutzt werden, die Metallkationen in einer organischen Lösung löslich zu machen, können ein oder mehrere unabhängig aus Alkoxygruppen, -OR, ausgewählte einschließen, worin R eine Kohlenstoffkette repräsentiert, die ein bis zehn Kohlenstoffe enthält.
Eine Halogenid-Mikroemulsion 166 wird dann zubereitet durch Vermischen einer Halogenidlösung 168 mit einer Lösung 170 eines oberflächenaktiven Mittels. Die Halogenidlösung 168 wird unter Anwendung der oben mit Bezug auf Block 148 in 11 beschriebenen Techniken zubereitet. Die Lösung 170 des oberflächenaktiven Mittels wird gebildet durch Auflösen des oberflächenaktiven Mittels in einem organischen Lösungsmittel. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik kann das oberflächenaktive Mittel Polyoxyethylen(5)nonylphenylether, erhältlich als Igepal^® CO-520 von ICI Americas, aromatische Ethoxylate, Polyethylenglykoldodecylether, erhältlich als Brij^® von ICI Americas, oberflächenaktive Sorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Tween^® von ICI Americas, oberflächenaktive Polyoxyethylensorbitan-Fettsäureester, erhältlich als Span^® von ICI Americas oder, neben anderen, Alkylphenole sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel n-Hexan. Der Fachmann wird erkennen, dass irgend eine Anzahl anderer organischer Lösungsmittel, einschließlich Alkyl- oder Aryl-Lösungsmittel, benutzt werden kann.
Die organische Metalllösung 160 wird mit der Halogenid-Mikroemulsion 166 kombiniert, wie durch 172 angezeigt, um die Nano-Teilchen des Metallhalogenids 174 zu bilden. Das Mischen kann langsam erfolgen, um die gebildete Teilchengröße zu optimieren. Der Fachmann wird erkennen, dass Energie angewendet werden kann, um die Reaktion zu beschleunigen, wie durch Erhitzen, Schallbehandlung oder andere Techniken. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Nano-Teilchen aus der Lösung isoliert werden, wie in Block 176 gezeigt, durch Filtrieren, Phasentrennung, Gefriertrocknen oder irgendeine andere Technik, die zum Isolieren eines festen Produktes aus einer Mikroemulsion benutzt werden kann.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Technik veranschaulicht, die zum Bilden von Nano-Teilchen aus einem Metallhalogenid gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik benutzt werden kann. Bei diesem Verfahren wird eine Metall-Mikroemulsion 180 durch Vermischen einer Metalllösung 182 mit einer Lösung 184 eines oberflächenaktiven Mittels zubereitet. Die Metalllösung 182 wird zubereitet mittels Techniken, die oben mit Bezug auf Block 142 in 11 beschrieben sind. Die Lösung 184 des oberflächenaktiven Mittels wird durch die oben mit Bezug auf 170 in 12 beschriebenen Techniken zubereitet. Ein Halogenidgas 178 kann dann durch die Metall-Mikroemulsion 180 hindurchgeblasen werden, wie durch 186 angezeigt, um die Nano-Teilchen des Metallhalogenids 188 zu bilden. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik kann das Halogenidgas Cl₂, Br₂, F₂ oder, unter Anwendung von Wärme, I₂, sein. Der Fachmann wird erkennen, dass Energie während dieses Verfahrens angewendet werden kann, um die Reaktion zu beschleunigen, wie durch Erhitzen, Schallbehandlung oder andere Techniken. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik können die Nano-Teilchen aus der Lösung isoliert werden, wie in Block 190 gezeigt, durch Filtrieren, Phasentrennung, Gefriertrocknen oder irgendeine andere Technik, die zu Isolieren eines festen Produktes aus einer Mikroemulsion benutzt werden kann.
14 ist ein Blockdiagramm eines anderen Verfahrens zur Bildung eines Metallhalogenids, bei dem sowohl die Metall- als auch Halogenid-Vorstufen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Mikroemulsionen enthalten sind. Die Metall-Mikroemulsion 192 kann zubereitet werden durch Kombinieren einer Metalllösung 194 mit einer Lösung 196 eines oberflächenaktiven Mittels, wie oben mit Bezug auf Block 180 in 13 beschrieben. Die Halogenid-Mikroemulsion 198 kann zubereitet werden durch die Techniken des Kombinierens einer Halogenidlösung 200 mit einer Lösung 202 eines oberflächenaktiven Mittels, wie oben mit bezug auf Block 166 in 12 beschrieben. Die Mikroemulsionen 192 und 198 werden kombiniert, wie durch 204 angezeigt, um die Nano-Teilchen des Metallhalogenids 206 zu bilden. Der Fachmann wird erkennen, dass während dieses Verfahrens Energie eingesetzt werden kann, um die Reaktion zu beschleunigen, wie durch Erhitzen, Schallbehandlung oder andere Techniken. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Nano-Teilchen aus der Lösung isoliert werden, wie in Block 208 gezeigt, durch Filtrieren, Phasentrennung, Gefriertrocknen oder irgendeine andere Technik, die zum Isolieren eines festen Produktes aus einer Mikroemulsion benutzt werden kann.
IV. ANDERE ANWENDUNGEN
Die Szintillatoren der vorliegenden Technik sind nicht auf Anwendungen in medizinischen Abbildungsvorrichtungen beschränkt. Diese Vorrichtungen können in einer Anzahl von Strukturen eingesetzt werden, in denen Szintillation zum Nachweis von Strahlung erforderlich ist. Beispiele solcher Anwendungen sind durch 15 und 16 veranschaulicht.
15 ist eine Zeichnung eines Sicherheitsscanners zur Bestimmung der Anwesenheit radioaktiver Verunreinigung oder Schmuggelware an Personen oder in Gegenständen. Der Scanner schließt einen Rahmen 210 ein, der ein oder mehrere Szintillationsdetektions-Baueinheiten 212 enthalten kann. Diese Szintillationsdetektions-Baueinheiten 212 können eine Kunststoffmatrix einschließen, die eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials in Verbindung mit einem Fotodetektor gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik enthält. Wie in dieser Darstellung gezeigt, können mehrere Platten benutzt werden, um eine gewisse Idee der Stelle des radioaktiven Materials innerhalb der Gegenstände zu geben, die durch den Rahmen 210 hindurchgeführt werden. In Ausführungsformen der vorliegenden Technik kann eine Alarm-Vorrichtung 214 konfiguriert werden, einen Einzelalarm bei Nachweis der radioaktiven Materialien zu geben. In anderen Ausführungsformen kann ein Analyse- und Kontroll-System 216 zusätzlich zu oder anstelle der Alarm-Vorrichtung 214 benutzt werden, um die Stelle oder Art der nachgewiesenen Schmuggelware zu bestimmen.
Eine andere Anwendung für die Szintillatoren der vorliegenden Technik ist die in Detektoren zum Bestimmen unterirdischer Radioaktivität. Diese Anwendung wird durch die Zeichnung in 16 illustriert. In dieser Figur weist ein Bohrloch 218 eine Detektoreinheit 220 auf, die durch das Bohrloch abgesenkt wird. Die Detektoreinheit 220 enthält eine Szintillationsdetektor-Baueinheit 222, die aus einer Kunststoffmatrix hergestellt sein kann, die eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials in Verbindung mit einem Fotodetektor oder einer Fotodetektoranordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technik enthält. Die Detektoreinheit 220 ist mit der Oberfläche durch ein Kabel 224 verbunden, das die Signale von der Detektorbaueinheit 222 zu einer Analyse- und Kontrolleinheit 226 trägt, die an der Oberfläche lokalisiert ist. Die Detektoreinheit 220 kann in Ölbohr-Anwendungen ebenso wie in anderen Anwendungen benutzt werden, wie, neben anderen, der Suche nach radioaktiven Materialien.
Während nur gewisse Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben wurden, können dem Fachmann viele Modifikationen und Änderungen zur Verfügung stehen. Es sollte daher klar sein, dass die beigefügten Ansprüche alle solche Modifikationen und Änderungen abdecken, die in den wahren Geist der Erfindung fallen.
Zusammenfassung:
Ein Szintillationsdetektor, umfassend Nano-Teilchen einer Szintillationsverbindung, eingebettet in einer Kunststoffmatrix, wird bereitgestellt. Die Nano-Teilchen können hergestellt werden, aus Metalloxiden, Metalloxyhalogeniden, Metalloxysulfiden oder Metallhalogeniden. Verfahren zum Herstellen der Nano-Teilchen werden angegeben. Die Teilchen können vor dem Einbringen in die Kunststoffmatrix mit organischen Verbindungen oder Polymeren überzogen werden. Eine Technik zum Anpassen des Brechungsindex der Kunststoffmatrix an den der Nano-Teilchen durch Einbringen von Nano-Teilchen von Titandioxid wird ebenfalls angegeben. Der Szintillator kann mit einem oder mehreren Fotodetektoren gekoppelt sein, um ein Szintillationsdetektionssystem zu bilden. Das Szintillationsdetektionssystem kann angepasst sein zum Einsatz in Röntgenstrahl- und Strahlungs-Abbildungsvorrichtungen, wie zum digitalem Röntgenstrahlabbilden, Mammographie, CT, PET oder SPECT, oder es kann in Strahlungssicherheitsdetektoren oder Detektoren für unterirdische Strahlung benutzt werden.

Claims

Szintillator, umfassend eine Kunststoffmatrix, wobei die Kunststoffmatrix eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials umfasst.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Kunststoffmatrix mindestens ein isotropes thermoplastisches Harz, ein anisotropes thermoplastisches Harz, ein isotropes wärmegehärtetes Harz oder ein anisotropes wärmegehärtetes Harz umfasst.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Kunststoffmatrix Nano-Teilchen mindestens eines von Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Tantaloxid, Hafniumoxid oder Kombinationen davon in einer genügenden Menge umfasst, um den Brechungsindex der Kunststoffmatrix zum Anpassen an den Brechungsindex des Szintillationsmaterials zu erhöhen.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Kunststoffmatrix mindestens eines von Polycarbonat, Polystyrol, Polyurethan, Polyacrylat, Polyamid, Polymethylpenten, Zellulosepolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenterephthalatglykol (PETG), Phenolformaldehydharz, Poly-N-vinylcarbazol, kristallines Flüssigpolymer (LCP), Polysiloxan, Polyphosphazen, Polyamid, Epoxid, Phenolharz oder Kombinationen davon umfasst.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials kleiner als etwa 100 nm sind.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials ein Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden, Metalloxyhalogeni den, Metalloxysulfiden, Metallhalogeniden und Kombinationen davon.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von (Y, Gd)₂O₃:Eu, Y₂SiO₅:Ce, Y₂Si₂O₇:Ce, LuAlO₃:Ce, Lu₂SiO₅:Ce, Gd₂SiO₅:Ce, YAlO₃:Ce, ZnO:Ga, CdWO₄, LuPO₄:Ce, PbWO₄, Bi₄Ge₃O₁₂, CaWO₄, Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr, (RE)₃Al₅O₁₂:Ce, worin RE mindestens ein Seltenerdmetall ist, oder Kombinationen davon umfassen.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von LaOX:Tb umfassen, worin X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cl, Br, I und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce_x][Cl₍ _1-y-z)Br_(y-z)I_Z]₃ umfassen, worin 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ (1-y-z) ≤ 1; 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ (y-z) ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel MX:Y aufweist, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X mindestens ein Halogenidion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel von LnX₃:Ce, worin jedes X unabhängig Cl, Br oder I ist, RbGd₂F₇:Ce; CeF₃, BaF₂, CsI(Na), CaF₂:Eu, LiI:Eu, CsI, CsF, CsI:Tl, NaI:Tl, CdS:In, ZnS oder Kombinationen davon aufweist.
Szintillator nach Anspruch 1, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials vor dem Einbringen in die Kunststoffmatrix mit mindestens einem Kunststoffharz oder einer organischen Verbindung überzogen worden sind.
Szintillationsdetektionssystem, umfassend: eine Kunststoffmatrix, die eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials umfasst, und ein oder mehrere Fotodetektoren, die an der Kunststoffmatrix angebracht sind, wobei die ein oder mehreren Fotodetektoren konfiguriert sind, Photonen nachzuweisen, die in der Kunststoffmatrix erzeugt sind.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die Kunststoffmatrix mindestens ein isotropes thermoplastisches Harz, ein anisotropes thermoplastisches Harz, ein isotropes wärmegehärtetes Harz oder ein anisotropes wärmegehärtetes Harz umfasst.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die Kunststoffmatrix Nano-Teilchen von Titandioxid in einer genügenden Menge umfasst, um den Brechungsindex der Kunststoffmatrix zur Anpassung an den Brechungsindex des Szintillationsmaterials zu erhöhen.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials ein Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden, Metalloxyhalogeniden, Metalloxysulfiden, Metallhalogeniden und Kombinationen davon.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die Kunststoffmatrix in separate Zellen geformt ist und worin jede der separaten Zellen an einem entsprechenden Fotodetektor angebracht ist.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die Kunststoffmatrix in separate Zellen geschnitten ist und worin jede der separaten Zellen an einem entsprechenden Fotodetektor angebracht ist.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die Kunststoffmatrix isotrop ist und die isotrope Ausrichtung der Kunststoffmatrix allgemein Licht von den Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials zu dem einen oder mehreren Fotodetektoren dirigiert, die an der Kunststoffmatrix angebracht sind.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die Kunststoffmatrix isotrop ist und die isotrope Ausrichtung der Kunststoffmatrix allgemein die Lichtdurchstrahlung in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung relativ zu den Oberflächen des einen oder der mehreren Fotodetektoren unterdrückt.
Szintillationsdetektionssystem nach Anspruch 13, worin die ein oder mehreren Fotodetektoren mindestens einen von Fotovervielfältigerröhren, Fotodioden, Fototransistoren oder ladungsgekoppelten Anordnungsvorrichtungen umfassen.
Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System, umfassend: ein Szintillationsdetektionssystem, umfassend: einen Szintillator, der eine Kunststoffmatrix umfasst, wobei die Kunststoffmatrix eingebettete Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials umfasst, und eine Lichtdetektionsvorrichtung, die an dem Szintillator angebracht und konfiguriert ist, Signale aufgrund von Photonen zu erzeugen, die durch den Szintillator erzeugt werden, und ein Signalverarbeitungssystem, das konfiguriert ist, die durch das Szintillationsdetektionssystem erzeugten Signale zu analysieren.
Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System nach Anspruch 22, worin das Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System eines einer Positronemissionstomographie(PET)-Abbildungsvorrichtung, einer Computer-unterstützten Tomographie(CT)-Abbildungsvorrichtung, eines computerisierten Einzelpositronemissionstomographie(SPECT)-Systems, eines Mammographiesystems, eines Tomosynthesesystems oder eines allgemeinen Radiographiesystems auf Röntgenstrahlenbasis umfasst.
Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System nach Anspruch 22, worin das Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System einen Sicherheitsscanner für den Nachweis radioaktiver Schmuggelware umfasst.
Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System nach Anspruch 22, worin das Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System einen Strahlungsdetektor für unterirdische Anwendung umfasst.
Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System nach Anspruch 22, worin die Kunststoffmatrix Nano-Teilchen von Titandioxid in einer genügenden Menge umfasst, um den Brechungsindex der Kunststoffmatrix zum Anpassen an den Brechungsindex des Szintillationsmaterials zu erhöhen.
Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System nach Anspruch 22, worin die Kunststoffmatrix mindestens ein isotropes thermoplastisches Harz, ein anisotropes thermoplastisches Harz, ein isotropes wärmegehärtetes Harz oder ein anisotropes wärmegehärtetes Harz umfasst.
Strahlungs-Detektions- und -Analyse-System nach Anspruch 22, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials ein Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden, Metalloxyhalogeniden, Metalloxysulfiden, Metallhalogeniden und Kombinationen davon.
Verfahren zum Herstellen eines Szintillationsdetektors, umfassend Einbetten von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials in einer Kunststoffmatrix und Anbringen eines Fotodetektorsystems an der Kunststoffmatrix, wobei das Fotodetektorsystem ein oder mehrere Elemente umfasst, die zur Umwandlung von Photonen in elektrische Signale konfiguriert sind.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Kunststoffmatrix mindestens ein isotropes thermoplastisches Harz, ein anisotropes thermoplastisches Harz, ein isotropes wärmegehärtetes Harz oder ein anisotropes wärmegehärtetes Harz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Kunststoffmatrix Nano-Teilchen von Titandioxid in einer genügenden Menge umfasst, um den Brechungsindex der Kunststoffmatrix zum Anpassen an den Brechungsindex des Szintillationsmaterials zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Kunststoffmatrix mindestens eines von Polycarbonat, Polystyrol, Polyurethan, Polyacrylat, Polyamid, Polymethylpenten, Zellulosepolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylenterephthalatglykol (PETG), Phenolformaldehydharz, Poly-N-vinylcarbazol, kristallines Flüssigpolymer (LCP), Polysiloxan, Polyphosphazen, Polyimid, Epoxide, Phenolharze oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials eine Größe von weniger als etwa 100 nm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials ein Material umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden, Metalloxyhalogeniden, Metalloxysulfiden, Metallhalogeniden und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von (Y, Gd)₂O₃:Eu, Y₂SiO₅:Ce, Y₂Si₂O₇:Ce, LuAlO₃:Ce, Lu₂SiO₅:Ce, Gd₂SiO₅:Ce, YAlO₃:Ce, ZnO:Ga, CdWO₄, Lu PO₄:Ce, PbWO₄, Bi₄Ge₃O₁₂, CaWO₄, Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr, (RE)₃Al₅O₁₂:Ce, worin RE mindestens ein Seltenerdmetall ist, oder Kombinationen davon umfassen.
Verfahren nach Anspruch 29,, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von LaOX:Tb umfassen, worin X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cl, Br, I und Kombinationen davon umfassen.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce_x][Cl_(1-y-z)Br_(y-z)I_z]₃ umfasst, worin 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ (1-y-z) ≤ 1; 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ (y-z) ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel MX:Y aufweist, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X mindestens ein Halogenidion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel von LaCl₃:Ce, RbGd₂F₇:Ce; CeF₃, BaF₂, CsI(Na), CaF₂:Eu, LiI:Eu, CsI, CsF, CsI:Tl, NaI:Tl, CdS:In, ZnS oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials vor dem Einbringen in die Kunst stoffmatrix mit mindestens einem Kunststoffharz oder einer organischen Verbindung überzogen worden sind.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die ein oder mehreren Fotodetektoren mindestens einen von Fotovervielfacherröhren, Fotodioden, Fototransistoren oder ladungsgekoppelten Anordnungsvorrichtungen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Kunststoffmatrix zu separaten Zellen geformt ist und worin jede der separaten Zellen an einem entsprechenden Element in dem einen oder mehrerer Elementen des Fotodetektorsystems angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Kunststoffmatrix in separate Zellen geschnitten ist und worin jede der separaten Zellen an einem entsprechenden Element in dem einen oder mehreren Elementen des Fotodetektorsystems angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Kunststoffmatrix isotrop ist und die isotrope Ausrichtung der Kunststoffmatrix allgemein Licht von den Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials zu dem einen oder mehreren Fotodetektoren dirigiert, die an der Kunststoffmatrix angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 29, worin die Kunststoffmatrix isotrop ist und die isotrope Ausrichtung der Kunststoffmatrix allgemein die Lichtdurchstrahlung in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung relativ zu den Oberflächen des einen oder der mehreren Fotodetektoren unterdrückt.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage, umfassend: Kombinieren einer ersten Lösung, umfassend ein oder mehrere Metallsalze und einer zweiten Lösung, umfassend ein oder mehrere Halogenidvorstufen zum Bilden von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage, und Isolieren der Nano-Teilchen aus der kombinierten ersten und zweiten Lösung.
Verfahren nach Anspruch 46, worin sowohl die erste Lösung als auch die zweite Lösung ionische Flüssigkeiten umfassen, worin jede ionische Flüssigkeit mindestens ein Kation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Imidazoliumen, Pyridiniumen, Pyrrolidiniumen, Phosphoniumen, Tetraalkylammoniumen, Sulfoniumen und Kombinationen davon, und mindestens ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylsulfaten, Tosylaten, Methansulfonaten, Bis(trifluormethylsulfonyl)imiden, Hexafluorphosphaten, Tetrafluorboraten, Halogeniden und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 46, worin die ein oder mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 1, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 46, worin das eine oder die mehreren Salze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan, Cer, Praseodym, Terbium, Thallium und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 46, worin die eine oder mehreren Halogenidvorstufen mindestens Halogenide der allgemeinen Formel NR₄Y umfassen, worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydrid, Alkyl, Aryl und Halogenid, und Y ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 46, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel MX_n:Y aufweist, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X mindestens ein Halogenidion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist.
Verfahren nach Anspruch 46, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce][Cl_(1-y-z))Br_(y-Z)I_z]₃ umfassen, worin 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ (1-y-z) ≤ 1; 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ (y-z) ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 46, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff umfassen, der ein allgemeine Formel von LaCl₃:Ce, RbGd₂F₇:Ce; CeF₃, BaF₂, CsI(Na), CaF₂:Eu, LiI:Eu, CsI, CsF, CsI:Tl, NaI:Tl, CdS:In, ZnS oder Kombinationen davon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 46, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage eine Größe von weniger als etwa 100 nm aufweisen.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage, umfassend: Herstellen einer Mikroemulsion, Bilden von Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage in der Mikroemulsion und Isolieren der Teilchen aus der Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 55, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage durch Blasen eines Wasserstoffhalogenidgases durch die Mikroemulsion gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 55, worin das Herstellen der Mikroemulsion umfasst Hinzugeben eines oberflächenaktiven Mittels zu einem organischen Lösungsmittel zum Bilden einer Lösung des oberflächenaktiven Mittels, Auflösen eines oder mehrerer Metallsalze in einer ionischen Flüssigkeit zum Bilden einer ionischen Lösung und Vermischen der Lösung des oberflächenaktiven Mittels mit der ionischen Lösung zum Bilden der Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 55, worin das oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen Ethoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 55, worin das organische Lösungsmittel mindestens eines eines kurzkettigen Alkans oder eines Arens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 55, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 1, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 55, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan, Cer, Praseodym, Terbium, Thallium und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 55, worin die ionische Flüssigkeit mindestens ein Kation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Imidazoliumen, Pyridiniumen, Pyrrolidiniumen, Phosphoniumen, Tetraalkylammoniumen, Sulfoniumen und Kombinationen davon, und mindestens ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylsulfaten, Tosylaten, Methansulfonaten, Bis(trifluormethylsulfonyl)imiden, Hexafluorphosphaten, Tetrafluorboraten, Halogeniden und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 55, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel MX_n:Y aufweist, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X mindestens ein Halogenidion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist.
Verfahren nach Anspruch 55, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce_x][Cl_(1-y-z)Br_(y-z)I_z]₃ umfassen, worin 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ (1-y-z) ≤ 1; 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ (y-z) ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 55, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage eine geringere Größe als etwa 100 nm aufweisen.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage, umfassend: Herstellen einer ersten Mikroemulsion, Hinzugeben einer Lösung, umfassend eines oder mehrere organische Metallsalze, zu der ersten Mikroemulsion, um eine zweite Mikroemulsion zu bilden, und Isolieren der Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage aus der zweiten Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 66, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 1, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 66, worin das eine oder die mehreren organischen Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan, Cer, Praseodym, Terbium, Thallium und Kombinationen davon, und ein Kation der allgemeinen Formel OR, worin R eine Alkylgruppe von einem bis zwölf Kohlenstoffatomen ist.
Verfahren nach Anspruch 66, worin die Lösung ein organisches Lösungsmittel umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus kurzkettigem Alkan und Arenen.
Verfahren nach Anspruch 66, worin das Herstellen der ersten Mikroemulsion umfasst Hinzugeben eines oberflächenaktiven Mittels zu einem zweiten organischen Lösungsmittel zum Bilden einer Lösung des oberflächenaktiven Mittels, Auflösen eines oder mehrerer Halogenidsalze in einer ionischen Flüssigkeit zum Bilden einer ionischen Lösung, und Vermischen der Lösung des oberflächenaktiven Mittels mit der ionischen Lösung zum Bilden einer Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 70, worin das oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen Ethoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 70, worin das zweite organische Lösungsmittel mindestens eines eines kurzkettigen Alkans oder eines Arens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 70, worin die Halogenidsalze mindestens Halogenide der allgemeinen Formel NR₄Y umfassen, worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydrid, Alkyl, Aryl und Halogenid, und Y ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 70, worin die erste ionische Flüssigkeit mindestens ein Kation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Imidazoliumen, Pyridiniumen, Pyrrolidiniumen, Phosphoniumen, Tatraalkylammoniumen, Sulfoniumen und Kombinationen davon, und mindestens ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylsulfaten, Tosylaten, Methansulfonaten, Bis(trifluormethylsulfonyl)imiden, Hexafluorphosphaten, Tetrafluorboraten, Halogeniden und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 66, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel MX_n:Y aufweist, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X mindestens ein Halogenidion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist.
Verfahren nach Anspruch 66, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce_x][Cl_(1-y-z)Br₍ _y-z)I_z]₃ umfassen, worin 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ (1-y-z) ≤ 1; 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ (y-z) ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 66, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff umfassen, der ein allgemeine Formel von LaCl₃:Ce, RbGd₂F₇:Ce; CeF₃, BaF₂, CsI(Na), CaF₂:Eu, LiI:Eu, CsI, CsF, CsI:Tl, NaI:Tl, CdS:In, ZnS oder Kombinationen davon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 66, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage kleiner als etwa 100 nm sind.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Halogenidgrundlage, umfassend die Stufen von Bilden einer ersten Mikroemulsion, Bilden einer zweiten Mikroemulsion, Kombinieren der ersten Mikroemulsion mit der zweiten Mikroemulsion zum Bilden einer kombinierten Mikroemulsion, und Isolieren der Nano-Teilchen der Szintillationsmaterialien auf Halogenidgrundlage aus der kombinierten Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 79, worin das Bilden der ersten Mikroemulsion umfasst Auflösen eines ersten oberflächenaktiven Mittels in einem ersten organischen Lösungsmittel zum Bilden einer ersten Lösung eines oberflächenaktiven Mittels, Auflösen eines oder mehrerer Halogenidsalze in einer ersten ionischen Flüssigkeit zum Bilden einer ersten Lösung und Vermischen der ersten Lösung mit der ersten Lösung eines oberflächenaktiven Mittels zum Bilden der ersten Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 80, worin das erste oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen E thoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 80, worin das erste organische Lösungsmittel ein kurzkettiges Alkan oder ein Aren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 80, worin das eine oder die mehreren Halogenidsalze mindestens Halogenide der allgemeinen Formel NR₄Y umfassen, worin jedes R unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydrid, Alkyl, Aryl und Halogenid, und Y ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 80, worin die erste ionische Flüssigkeit mindestens ein Kation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Imidazoliumen, Pyridiniumen, Pyrrolidiniumen, Phosphoniumen, Tetraalkylammoniumen, Sulfoniumen und Kombinationen davon, und mindestens ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylsulfaten, Tosylaten, Methansulfonaten, Bis(trifluormethylsulfonyl)imiden, Hexafluorphosphaten, Tetrafluorboraten, Halogeniden und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 79, worin das Bilden der zweiten Mikroemulsion umfasst: Hinzugeben eines zweiten oberflächenaktiven Mittels zu einem zweiten organischen Lösungsmittel, um eine zweite Lösung eines oberflächenaktiven Mittels zu bilden, Auflösen eines oder mehrerer Metallsalze in einer zweiten ionischen Flüssigkeit, um eine zweite Lösung zu bilden, und Vermischen der zweiten Lösung mit der zweiten Lösung eines oberflächenaktiven Mittels zum Bilden einer zweiten Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 85, worin das zweite oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen Ethoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 85, worin das zweite organische Lösungsmittel ein kurzkettiges Alkan oder ein Aren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 85, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 1, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 85, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan, Cer, Praseodym, Terbium, Thallium und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 85, worin die zweite ionische Flüssigkeit mindestens ein Kation, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Imidazoliumen, Pyridiniumen, Pyrrolidiniumen, Phosphoniumen, Tetraalkylammoniumen, Sulfoniumen und Kombina tionen davon, und mindestens ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylsulfaten, Tosylaten, Methansulfonaten, Bis(trifluormethylsulfonyl)imiden, Hexafluorphosphaten, Tetrafluorboraten, Halogeniden und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 79, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel MX_n:Y aufweist, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X mindestens ein Halogenidion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist.
Verfahren nach Anspruch 79, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce_x][Cl_(1-y-z)Br_(y-z)I_z]₃ umfassen, worin 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ (1-y-z) ≤ 1; 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ (y-z) ≤ 1.
Verfahren nach Anspruch 79, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff umfassen, der ein allgemeine Formel von LaCl₃:Ce, RbGd₂F₇:Ce; CeF₃, BaF₂, CsI:(Na), CaF₂:Eu, LiI:Eu, CsI, CsF, CsI:Tl, NaI:Tl, CdS:In, ZnS oder Kombinationen davon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 79, worin die Nano-Teilchen des Szintillatormaterials auf Halogenidgrundlage kleiner als etwa 100 nm sind.
Kristalliner Szintillator, umfassend Nano-Teilchen eines Metallhalogenids, wobei die Nano-Teilchen kleiner als etwa 100 nm sind.
Kristalliner Szintillator nach Anspruch 95, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials einen Leuchtstoff umfassen, der eine allgemeine Formel MX_n:Y aufweist, worin M mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon, X mindestens ein Halogenidion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br, I und Kombinationen davon, Y mindestens ein Metallion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tl, Tb, Na, Ce, Pr, Eu und Kombinationen davon und n eine ganze Zahl zwischen 1 und einschließlich 4 ist.
Kristalliner Szintillator nach Anspruch 95, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials mindestens einen Leuchtstoff der allgemeinen Formel [La_(1-x)Ce_x][Cl_(1-y-z)Br_(y-z)I_z]₃ umfassen, worin 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ (1-y-z) ≤ 1; 0 ≤ z ≤ 1 und 0 ≤ (y-z) ≤ 1.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage, umfassend: Bilden einer ersten Mikroemulsion, Bilden einer zweiten Mikroemulsion, Vermischen der ersten und der zweiten Mikroemulsion zum Bilden einer Lösung, Isolieren von Vorstufenteilchen aus der Lösung und Bilden von Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage aus den Vorstufenteilchen.
Verfahren nach Anspruch 98, worin das Bilden der ersten Mikroemulsion umfasst Bilden einer Metallvorstufenlösung, Auflösen eines ersten oberflächenaktiven Mittels in einem ersten organischen Lösungsmittel zum Bilden einer ersten Lösung eines oberflächenaktiven Mittels und Hinzugeben der Metallvorstufenlösung zu der ersten Lösung eines oberflächenaktiven Mittels.
Verfahren nach Anspruch 99, worin das oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen Ethoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 99, worin das erste organische Lösungsmittel ein kurzkettiges Alkan oder ein Aren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 99, worin das Bilden der Metallvorstufenlösung umfasst Auflösen eines oder mehrerer Metallsalze in einem Alkohol zum Bilden einer Alkohollösung, Auflösen einer Matrixverbindung in der Alkohollösung.
Verfahren nach Anspruch 102, worin das Bilden der Metallvorstufenlösung das Hinzugeben einer wässerigen Säure zu der Alkohollösung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 102, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 6, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 102, worin die Matrix mindestens eines von Tetraethylorthosilicat (TEOS), Tetramethylorthosilicat ((TMOS) oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 102, worin die Matrixverbindung mindestens eine Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trialkylaluminium, einem Metall(tetraalkylaluminium), wobei das Metall mindestens ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 6, Elementen der Gruppe 12, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 102, worin die Matrixverbindung mindestens ein Element umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 6, Elementen der Gruppe 12, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 102, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttrium, Lutetium, Germanium, Gadolinium, Zink, Lanthan, Cer, Europium, Terbium, Praseodym, Thallium und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 102, worin der Alkohol einen geradkettigen oder verzweigten Alkylalkohol von 3 bis 10 Kohlenstoffen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 103, worin die wässerige Säure Salpetersäure oder Schwefelsäure umfasst.
Verfahren nach Anspruch 98, worin das Bilden er zweiten Mikroemulsion umfasst: Bilden einer zweiten Lösung eines oberflächenaktiven Mittels, wobei die zweite Lösung eines oberflächenaktiven Mittels ein zweites oberflächenaktives Mittel umfasst, das in einem zweiten organischen Lösungsmittel gelöst ist, und Vermischen der zweiten Lösung eines oberflächenaktiven Mittels mit einer wässerigen Base zum Bilden der zweiten Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 111, worin das zweite oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen Ethoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 111, worin das zweite organische Lösungsmittel mindestens eines eines kurzkettigen Alkans oder eines Arens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 111, worin die wässerige Base NH₄OH umfasst.
Verfahren nach Anspruch 98, worin das Bilden der Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage aus den Vorstufenteilchen das Brennen der Vorstufenteilchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 98, worin das Szintillationsmaterial auf Oxidgrundlage mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von (Y, Gd)₂O₃:Eu, Y₂SiO₅:Ce, Y₂Si₂O₇:Ce, LuAlO₃:Ce, Lu₂SiO₅:Ce, Gd₂SiO₅:Ce, YAlO₃:Ce, ZnO:Ga, CdWO₄, LuPO₄:Ce, PbWO₄, Bi₄Ge₃O₁₂, CaWO₄, Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr, (RE)₃Al₅O₁₂:Ce, worin RE mindestens ein Seltenerdmetall ist, oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 98, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage, umfassend: Bilden einer organischen Metalllösung, Bilden einer ersten Mikroemulsion, Erhitzen der organischen Metalllösung und langsames Hinzugeben der organischen Metalllösung zu der ersten Mikroemulsion zum Bilden einer zweiten Mikroemulsion, Isolieren von Vorstufenteilchen aus der zweiten Mikroemulsionslösung und Bilden von Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage aus den Vorstufenteilchen.
Verfahren nach Anspruch 118, worin das Bilden der organischen Metalllösung umfasst: Auflösen einer Matrixverbindung in einem ersten organischen Lösungsmittel zum Bilden einer organischen Lösung und Auflösen eines oder mehrerer organischer Metallsalze in der organischen Lösung zum Bilden der organischen Metalllösung.
Verfahren nach Anspruch 119, worin die Matrixverbindung Tetraethylorthosilicat (TEOS), Tetramethylorthosilicat (TMOS) oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 119, worin die Matrixverbindung mindestens eine Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trialkylaluminium, einem Metall(tetraalkylaluminium), wobei das Metall mindestens ein Anion umfasst, ausgewählt aus der Gruppe aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 6, Elementen der Gruppe 12, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 119, worin die Matrixverbindung mindestens ein Element umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 6, Elementen der Gruppe 12, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 119, worin das erste organische Lösungsmittel mindestens eines eines kurzkettigen Alkans oder eines Arens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 119, worin das eine oder die mehreren organischen Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 6, Elementen der Gruppe 12, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 119, worin das eine oder die mehreren organischen Metallsalze mindestens ein Metallanion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan, Cer, Terbium, Thallium und Kombinationen davon und mindestens ein Kation der allgemeinen Formel OR umfassen, worin R eine Alkylgruppe von ein bis zwölf Kohlenstoffen ist.
Verfahren nach Anspruch 118, worin das Bilden der ersten Mikroemulsion umfasst: Auflösen eines oberflächenaktiven Mittels in einem zweiten organischen Lösungsmittel zum Bilden einer Lösung eines oberflächenaktiven Mittels, und Vermischen von Wasser mit der Lösung des oberflächenaktiven Mittels, um die erste Mikroemulsion zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 126, worin das oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen Ethoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 126, worin das zweite organische Lösungsmittel mindestens eines aus einem kurzkettigen Alkan oder einem Aren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 118, worin das Bilden der Nano-Teilchen eines Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage aus den Vorstufenteilchen das Brennen der Vorstufenteilchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 118, worin das Szintillationsmaterial auf Oxidgrundlage mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von (Y, Gd)₂O₃:Eu, Y₂SiO₅:Ce, Y₂Si₂O₇:Ce, LuAlO₃:Ce, Lu₂SiO₅:Ce, Gd₂SiO₅:Ce, YAlO₃:Ce, ZnO:Ga, CdWO₄, LuPO₄:Ce, PbWO₄, Bi₄Ge₃O₁₂, CaWO₄, Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr, (RE)₃Al₅O₁₂:Ce, worin RE mindestens ein Seltenerdmetall ist, oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 118, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxidgrundlage kleiner als etwa 100 nm sind.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Szintillationsmaterials, umfassend: Hinzugeben einer wässerigen Base zu einer wässerigen Lösung, umfassend ein oder mehrere Metallsalze, um ein Gel auszufällen, das das eine oder die mehreren Metallsalze enthält, Entfernen freier Ionen aus dem Gel, Erhitzen des Gels und Trocknen des Gels zum Bilden der Nano-Teilchen des Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Szintillationsmaterials.
Verfahren nach Anspruch 132, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, aus gewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthanoiden, Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 132, worin das eine oder die mehreren Metallsalze mindestens ein Metallanion umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan, Cer, Terbium, Thallium, Gadolinium, Europium und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 132, worin die wässerige Base NH₄OH umfasst.
Verfahren nach Anspruch 132, worin das Trocknen des Gels das Erhitzen des Gels in einer wassergesättigten Atmosphäre eines Anionquellengases umfasst.
Verfahren nach Anspruch 132, worin das Anionquellengas mindestens eines von H₂S, HCl, HBr, HI oder HF umfasst.
Verfahren nach Anspruch 132, worin das Szintillationsmaterial auf Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Grundlage ein Leuchtstoff der allgemeinen Formel LaO(I, Br, Cl oder F):Tb umfasst.
Verfahren nach Anspruch 132, worin die Nano-Teilchen des Szintillationsmaterials auf Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Grundlage kleiner als etwa 100 nm sind.
Verfahren zum Herstellen von Nano-Teilchen eines Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Szintillationsmaterials, umfassend: Bilden einer ersten Mikroemulsion, Erhitzen einer Lösung, während die Lösung zu der ersten Mikroemulsion hinzugegeben wird, um eine zweite Mikroemulsion zu bilden, Bilden von Vorstufenteilchen aus der zweiten Emulsion und Bilden von Nano-Teilchen des Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Szintillationsmaterials aus den Vorstufenteilchen.
Verfahren nach Anspruch 140, worin die Lösung ein oder mehrere organische Metallsalze umfasst, umfassend mindestens ein Metallanion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Elementen der Gruppe 2, Elementen der Gruppe 3, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14, Elementen der Gruppe 15 und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 140, worin die Lösung ein oder mehrere organische Metallsalze umfasst, die mindestens ein Metallanion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lanthan, Cer, Terbium, Thallium und Kombinationen davon und ein Kation umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus -OR, -SR und Kombinationen davon, worin R eine Alkylgruppe von ein bis zwölf Kohlenstoffen ist.
Verfahren nach Anspruch 140, worin die Lösung ein erstes organisches Lösungsmittel umfasst, wobei das erste organische Lösungsmittel mindestens eines eines kurzkettigen Alkans oder eines Arens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 140, worin das Bilden der ersten Mikroemulsion umfasst Auflösen eines oberflächenaktiven Mittels in einem zweiten organischen Lösungsmittel zum Bilden einer Lösung eines oberflächenaktiven Mittels, und Vermischen einer wässerigen Lösung einer Anionenquelle mit der Lösung eines oberflächenaktiven Mittels zum Bilden der ersten Mikroemulsion.
Verfahren nach Anspruch 144, worin das oberflächenaktive Mittel mindestens eines aus einem aromatischen Ethoxylat, einem Polyethylenglykoldodecylether, einem oberflächenaktiven Sorbitanfettsäureester, einem oberflächenaktiven Polyoxyethylensorbitanfettsäureester oder einem Alkylphenol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 144, worin das zweite organische Lösungsmittel mindestens eines eines kurzkettigen Alkans oder eines Arens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 144, worin die Anionenquelle mindestens eine Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus NH₄I, NH₄F, NH₄Cl, NH₄Br, Thioacetamid, Thioharnstoff und Kombinationen davon.
Verfahren nach Anspruch 140, worin das Bilden der Nano-Teilchen des Oxyhalogenid-Szintillationsmaterials aus den Vorstufenteilchen das Brennen der Vorstufenteilchen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 140, worin das Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Szintillationsmaterial mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von LaO(I, Br, Cl, F):Tb, Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 140, worin die Nano-Teilchen des Oxyhalogenid- oder Oxysulfid-Szintillationsmaterials eine Größe von weniger als etwa 100 nm aufweisen.
Kristallines Szintillationsdetektionsmaterial, umfassend Nano-Teilchen eines Leuchtstoffes auf Metalloxidgrundlage, worin die Nano-Teilchen eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
Kristallines Szintillationsdetektionsmaterial nach Anspruch 151, worin das Szintillationsmaterial auf Oxidgrundlage mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von (Y, Gd)₂O₃:Eu, Y₂SiO₅:Ce, Y₂Si₂O₇:Ce, LuAlO₃:Ce, Lu₂SiO₅:Ce, Gd₂SiO₅:Ce, YAlO₃:Ce, ZnO:Ga, CdWO₄, LuPO₄:Ce, PbWO₄, Bi₄Ge₃O₁₂, CaWO₄, Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr, (RE)₃Al₅O₁₂:Ce, worin RE mindestens ein Seltenerdmetall ist, oder Kombinationen davon umfasst.
Kristallines Szintillationsdetektionsmaterial, umfassend Nano-Teilchen eines Metalloxyhalogenid- oder Metalloxysulfid-Materials, worin die Nano-Teilchen eine Größe von weniger als 100 nm aufweisen.
Kristallines Szintillationsdetektionsmaterial nach Anspruch 153, worin das kristalline Szintillationsdetektionsmaterial mindestens einen Leuchtstoff einer allgemeinen Formel von LaO(I, Br, Cl, F):Tb, Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Pr oder Kombinationen davon umfasst.