專利名稱：新型CuI晶體及其生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體生長(zhǎng)的方法，具體涉及一種CuI晶體的生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
隨著高能物理、核物理和核技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展，通常的無機(jī)閃爍晶體將難以滿足超高計(jì)數(shù)率測(cè)量中的需要，為此近年來各國(guó)正在積極開展新型超快閃爍體的研究。寬禁帶半導(dǎo)體材料碘化亞銅(CuI)晶體在室溫下具有極快的閃爍特性，其發(fā)光衰減時(shí)間僅為90ps，且沒有慢成份，是人們目前所知的最快的無機(jī)閃爍晶體，因而作為新一代超快閃爍體，在超高計(jì)數(shù)率X-射線、γ射線和電子束測(cè)量等方面都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。CuI晶體的光產(chǎn)額是BaF2晶體快成份發(fā)光強(qiáng)度的四分之一，但其時(shí)間響應(yīng)要快6-7倍，其中在t≤0.1ns時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)占總光子數(shù)的一半以上。盡管CuI晶體的光產(chǎn)額比CsI(Tl)晶體的低兩個(gè)量級(jí)，但在t≤0.1ns時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)卻比CsI(Tl)晶體的高40倍。正是因?yàn)镃uI晶體的超快閃爍特性，引起了人們極大關(guān)注，但晶體生長(zhǎng)困難是制約其應(yīng)用的瓶頸。目前國(guó)內(nèi)外已將多種晶體生長(zhǎng)方法應(yīng)用于CuI晶體的生長(zhǎng)，晶體尺寸也都在毫米量級(jí)。例如，T.Goto等人在J.Phys.Soc.Japan，1968，Vol.24，P314上發(fā)表的文章指出，采用升華法得到尺寸達(dá)9mm3的晶體，但晶體的缺陷較多。溶膠—凝膠晶體生長(zhǎng)技術(shù)通常有離子反應(yīng)和絡(luò)合—解絡(luò)兩種方法。I.Nakada等人在Japan.J.Appl.Phys.，1976，Vol.15，P919上發(fā)表的文章是采用離子反應(yīng)法，得到了體積為5×5×1mm3的CuI晶體。A.F.Armington和J.J.O’Connor在J.Crysal Growth，1968，Vol.3/4，P367及Mater.Res.Bull.，1971，Vol.6，P765上發(fā)表了兩篇有關(guān)絡(luò)合—解絡(luò)法生長(zhǎng)CuI晶體的文章，所生長(zhǎng)出的晶體雖然純度較高，但晶體的形貌不佳。
在絡(luò)合—解絡(luò)晶體生長(zhǎng)中，晶體是由CuI和HI的絡(luò)合物在凝膠中的解絡(luò)而生成。因此該方法生長(zhǎng)的晶體具有價(jià)格低廉、設(shè)備簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)溫度低、純度高等優(yōu)點(diǎn)，其生長(zhǎng)過程也容易調(diào)控，因而特別適用生長(zhǎng)純度高、應(yīng)力小和缺陷少的晶體，但難以獲得形貌規(guī)則的晶體。濃度控制是晶體生長(zhǎng)中的一種常用技術(shù)。此技術(shù)便于控制成核速率，保持穩(wěn)定的晶體生長(zhǎng)速度，能夠生長(zhǎng)出形貌好、尺寸較大的晶體。迄今為止，國(guó)內(nèi)外還未見在絡(luò)合—解絡(luò)法生長(zhǎng)CuI晶體中采用濃度控制技術(shù)的有關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種超快CuI閃爍晶體；本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這種晶體的生長(zhǎng)方法。
本發(fā)明就是為了克服上述生長(zhǎng)技術(shù)中的不足，采用濃度控制技術(shù)和絡(luò)合—解絡(luò)法相結(jié)合的方法，生長(zhǎng)出純度高、應(yīng)力小、缺陷少、形貌好(呈規(guī)則的四面體結(jié)構(gòu))、尺寸較大的γ相CuI晶體。
即濃度控制技術(shù)和絡(luò)合—解絡(luò)相結(jié)合的生長(zhǎng)方法。選用分析純的硅酸鈉、離子水、乙酸為制備凝膠的原料，分析純的氫碘酸為絡(luò)合劑、CuI粉末為原料生長(zhǎng)CuI晶體。
其制備方法如下先將硅酸鈉溶解于離子水中，加入乙酸并充分?jǐn)嚢?，靜置后即可獲得晶體生長(zhǎng)所需的凝膠，再將CuI粉末溶于不同的量的絡(luò)合劑氫碘酸中，形成不同飽和度的絡(luò)合物CuI-HI飽和溶液，CuI-HI絡(luò)合物在凝膠中擴(kuò)散將析出CuI晶體。有別于通常的濃度控制技術(shù)—濃度遞增，在CuI晶體生長(zhǎng)過程中，采用濃度遞減的方法，即每隔24小時(shí)定期用濃度低的CuI-HI飽和溶液取代前一濃度高的CuI-HI飽和溶液。之后用Na2SO3溶液取代最低濃度的CuI-HI飽和溶液。
最后將它靜置在25±0.5℃的防震生長(zhǎng)箱，使晶體逐漸長(zhǎng)大。
本發(fā)明采用的濃度遞減控制技術(shù)和絡(luò)合—解絡(luò)相結(jié)合的生長(zhǎng)方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、生長(zhǎng)溫度低和生長(zhǎng)過程容易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，所生長(zhǎng)的γ相CuI晶體純度高、應(yīng)力小、缺陷少、形貌好(呈規(guī)則的四面體結(jié)構(gòu))和尺寸較大，因而作為新一代超快閃爍體，在超高計(jì)數(shù)率X-射線、γ射線和電子束測(cè)量等方面都有著重要的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)還可以用作快離子導(dǎo)體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例選用分析純的硅酸鈉、離子水、乙酸為制備凝膠的原料，分析純的氫碘酸為絡(luò)合劑、CuI粉末為原料生長(zhǎng)CuI晶體。將106克硅酸鈉溶解于250克的去離子水中，待完全溶解后過濾。再用去離子水進(jìn)一步稀釋上述硅酸鈉水溶液，并加入2M的乙酸，硅酸鈉水溶液、去離子水、乙酸三者的體積比為7∶8∶15(如70ml硅酸鈉、80ml去離子水、150ml乙酸)，溶液配制過程中不斷攪拌。將所配制的溶液倒入直徑3cm、高25cm、寬20cm的U型管，在25±0.5℃的溫度環(huán)境下靜置48小時(shí)后形成用于晶體生長(zhǎng)的凝膠。
將CuI粉末溶于不同量的7M氫碘酸中，獲得飽和度分別為1M、0.86M、0.72M、0.57M、0.43M、0.28M、0.14M的CuI-HI絡(luò)合液。在U型管一端的凝膠上方加入7M的氫碘酸1ml，使之在凝膠中預(yù)擴(kuò)散。經(jīng)4小時(shí)預(yù)擴(kuò)散后，用1M的絡(luò)合液10ml取代凝膠上方的氫碘酸。24小時(shí)后用0.86M的絡(luò)合液10ml取代凝膠上方原來的1M絡(luò)合液。在以后的每隔24小時(shí)，均使用等量濃度較低的絡(luò)合液取代濃度較高的絡(luò)合液，即用0.72M的絡(luò)合液取代0.86M的絡(luò)合液、0.57M的絡(luò)合液取代0.72M的絡(luò)合液，依次進(jìn)行取代，直至用0.14M的絡(luò)合液取代0.28M的絡(luò)合液為止。再經(jīng)過24小時(shí)，用0.1M的Na2SO3溶液取代0.14M的絡(luò)合液。最后，將U型管靜置在25±0.5℃的防震生長(zhǎng)箱中，使CuI晶體逐漸長(zhǎng)大。
所生長(zhǎng)出來的CuI晶體形貌為規(guī)則四面體、純度高、應(yīng)力小、尺寸大于2mm。Brucker D8型X-射線衍射儀測(cè)量的結(jié)果表明，CuI晶體為γ相，具有超快發(fā)光特性。
權(quán)利要求
1.一種新型CuI超快閃爍晶體，其特征在于CuI晶體呈γ相的規(guī)則四面體結(jié)構(gòu)，尺寸大于2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型CuI超快閃爍晶體，其制備方法如下A、先將硅酸鈉溶解于離子水中，加入乙酸并充分?jǐn)嚢瑁o置后即可獲得晶體生長(zhǎng)所需的凝膠，再將CuI粉末溶于不同的量的絡(luò)合劑氫碘酸中，形成不同飽和度的絡(luò)合物CuI-HI飽和溶液，CuI-HI絡(luò)合物在凝膠中擴(kuò)散將析出CuI晶體，采用濃度遞減的方法，即每隔24小時(shí)定期用濃度低的CuI-HI飽和溶液取代前一濃度高的CuI-HI飽和溶液；B、最后用Na2SO3溶液取代CuI-HI飽和溶液；C、將用Na2SO3溶液取代后的CuI-HI飽和溶液靜置在25±0.5℃的防震生長(zhǎng)箱，使晶體逐漸長(zhǎng)大。
3.如權(quán)利要求2所述的晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于所選用的制備凝膠原料硅酸鈉、離子水、乙酸為分析純的原料，絡(luò)合劑氫碘酸為分析純氫碘酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CuI晶體及其生長(zhǎng)方法，CuI晶體呈γ相的規(guī)則四面體結(jié)構(gòu)，尺寸大于2mm。該生長(zhǎng)方法采用濃度控制技術(shù)和絡(luò)合—解絡(luò)法相結(jié)合的方法。本發(fā)明采用的濃度遞減控制技術(shù)和絡(luò)合—解絡(luò)相結(jié)合的生長(zhǎng)方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、生長(zhǎng)溫度低和生長(zhǎng)過程容易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，所生長(zhǎng)的γ相CuI晶體純度高、應(yīng)力小、缺陷少、形貌好和尺寸較大，因而作為新一代超快閃爍體，在超高計(jì)數(shù)率X－射線、γ射線和電子束測(cè)量等方面都有著重要的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)還可以用作快離子導(dǎo)體。
文檔編號(hào)C30B29/12GK1609285SQ20041006654
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者顧牡, 張睿, 汪大祥, 劉小林 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)