專利名稱：新型閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種新型的閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體，并涉及到該系列晶體的原料合成與晶體生長(zhǎng)工藝。
背景技術(shù)：
閃爍晶體可以做成探測(cè)器，在高能物理、核物理、影像核醫(yī)學(xué)診斷(XCT、PET)、地質(zhì)勘探、天文空間物理學(xué)以及安全稽查等領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。隨著核科學(xué)技術(shù)以及其它相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的拓寬。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)o機(jī)閃爍體也提出了更多更高的要求。傳統(tǒng)的NaI(Tl)、BGO等閃爍晶體已經(jīng)無法滿足新的應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求。
人們正在探索適用于不同應(yīng)用領(lǐng)域的新型優(yōu)良閃爍晶體。這些新型閃爍晶體可能在綜合性能與生產(chǎn)成本上，與現(xiàn)有成熟的NaI(Ti)、BGO等傳統(tǒng)閃爍晶體差距較大。但人們希望它們能夠在某些方面具有特別性能和用途，滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求。對(duì)這些新晶體的基本要求就是物理化學(xué)性能穩(wěn)定、高密度、快發(fā)光衰減、高發(fā)光效率、高輻照硬度和低成本。作為優(yōu)秀的閃爍晶體除應(yīng)具有好的發(fā)光特性和穩(wěn)定性外，還需要一定的尺寸和光學(xué)均勻性。
目前閃爍晶體的發(fā)展趨勢(shì)是圍繞高輸出、快響應(yīng)、高密度等性能為中心，開展新型閃爍晶體的探索研究。通過離子取代，改善現(xiàn)有閃爍晶體的某些不足，提高其閃爍性能，降低其生長(zhǎng)難度。優(yōu)化晶體生長(zhǎng)工藝，進(jìn)行工程化生長(zhǎng)研究，降低生長(zhǎng)成本。研究晶體的缺陷與其閃爍性能之間的相互關(guān)系。通過減少晶體中的各種缺陷，提高晶體的光學(xué)均勻性，來改善其閃爍性能。探索新的晶體基質(zhì)的新型閃爍晶體的研究。
Ce3+離子5d→4f能級(jí)的允許躍遷能產(chǎn)生幾十納秒的快衰減熒光。通過摻入Ce離子實(shí)現(xiàn)閃爍性能，是新型閃爍晶體探索研究熱點(diǎn)。目前人們已經(jīng)通過在硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等晶體基質(zhì)中摻入Ce離子，獲得許多新型閃爍晶體，比如Ce∶LSO、Ce∶LuAP、Ce∶GSO、Ce∶YSO、Ce∶YAP。它們具有高的光輸出，快衰減等特點(diǎn)，作為閃爍探測(cè)材料，對(duì)提高探測(cè)器的時(shí)間、空間分辨率，小型化和多功能化具有重要意義。目前盡管摻Ce高溫閃爍晶體的研究取得了很大的成功，但它們還存在許多問題，比如自吸收現(xiàn)象、熔點(diǎn)高、生長(zhǎng)困難、高純?cè)蟽r(jià)格昂貴等，大大制約了它們的應(yīng)用。
目前國(guó)內(nèi)外尚未有摻鈰釩酸鹽晶體的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是采用通過固相合成方法或液相合成方法在高溫下燒結(jié)獲得摻鈰釩酸鹽化合物，采用提拉法生長(zhǎng)出摻鈰釩酸鹽晶體的。摻鈰釩酸鹽晶體的分子式為Cex∶Ln(1-x)VO4，(x范圍在0.001＜x＜1)，晶格熔點(diǎn)為1800～1900℃，鋯石型結(jié)構(gòu)，空間群為D4h19-I41/amd。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一固相原料合成方法合成原料假設(shè)合成摻Ce濃度為2％的Ce0.02∶Y0.98VO4晶體原料，即選取x＝0.02，按照反應(yīng)式
按照0.02∶0.98∶1的摩爾比，分別稱取純度為99.99％的Ce2O3、Y2O3和V2O5原料6.6克、221.3克、191.9克，將這三種原料都倒入瑪瑙輾缽中，混合均勻，壓成片狀；然后裝入鉑坩堝，放入在馬弗爐中，在1200℃下燒結(jié)12小時(shí)，冷卻后取出，就成為Ce0.02∶Y0.98VO4多晶原料。
實(shí)施例二液相原料合成方法合成原料假設(shè)合成摻Ce濃度為2％的Ce0.02∶Re0.98VO4晶體原料，即選取x＝0.02，按照反應(yīng)式
按照0.02∶0.98∶1的摩爾比，分別稱取純度為99.99％的Ce2O3、Y2O3和NH4VO3原料6.6克、221.3克、116.9克。然后將Ce2O3、Y2O3一齊溶解稀酸溶液中，將偏釩酸銨溶解到稀氨水溶液中。將兩種溶液同時(shí)緩慢加入一個(gè)大的塑料桶中。在該過程中不停攪拌，使溶液混合均勻，反應(yīng)完全；同時(shí)根據(jù)混合溶液的PH值，加入適量的稀氨水或稀酸溶液，保證混合溶液的酸度控制在6.8～7.2間。然后將中反應(yīng)生成Ce0.02∶Y0.98VO4沉淀，經(jīng)過離心、烘干、球磨、壓片、燒結(jié)后，就成為Ce0.02∶Y0.98VO4多晶原料。
實(shí)施例三晶體生長(zhǎng)采用國(guó)產(chǎn)DJL-400型引上法單晶生長(zhǎng)爐，25KW晶閘管中頻感應(yīng)電源加熱，雙鉑銠(Pt/Rh30-Pt/Rh10)熱電偶，英國(guó)歐陸818型溫度調(diào)節(jié)器，控溫精度達(dá)±0.1℃。
典型的晶體生長(zhǎng)參數(shù)為表1 提拉法生長(zhǎng)釩酸鹽晶體的技術(shù)參數(shù)

步驟1 晶體生長(zhǎng)前的準(zhǔn)備工作包括爐膛的清潔處理，化料，籽晶對(duì)中以及給爐內(nèi)充入保護(hù)氣氛。
步驟2引晶、收頸與放肩將籽晶引近液面，穩(wěn)定一段時(shí)間(約10min)后，進(jìn)行引晶。提拉一個(gè)小時(shí)后，調(diào)節(jié)溫度使晶體逐漸往徑向長(zhǎng)大(放肩)。
步驟3直徑的控制當(dāng)晶體放肩至既定直徑(例40mm)時(shí)，采用適量升溫，以控制晶體直徑的繼續(xù)增大。這樣，晶體的生長(zhǎng)界面會(huì)逐漸地高出液面1～2mm，控徑完成。
步驟4晶體等徑生長(zhǎng)生長(zhǎng)過程中必須根據(jù)生長(zhǎng)情況，調(diào)節(jié)溫度，控制晶體的等徑生長(zhǎng)。
步驟5收徑過程當(dāng)晶體長(zhǎng)到預(yù)定的長(zhǎng)度，需要停止生長(zhǎng)時(shí)，保持拉速不變，改用較大升溫速率(如3～40℃/h)繼續(xù)提拉后，晶體尾部成平界面或微凸面，很快就會(huì)脫離液面，隨后停止提拉，轉(zhuǎn)入退火階段。
步驟6爐內(nèi)退火在高溫區(qū)(1750～1200℃)內(nèi)，我們采用10～20℃/h的降溫速度。在1200℃以下，一般采用30～40℃/h降溫速度。
步驟7爐外退火將晶體裝在Al2O3剛玉堝中，放入馬弗爐中，在大氣氣氛下高溫、長(zhǎng)時(shí)間退火。通常以10-50℃的速率升溫或降溫，在1200℃時(shí)恒溫12小時(shí)。
權(quán)利要求
1.新型閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體材料，其特征在于其分子式為Cex∶Ln(1-x)VO4，其中Ln是Lu、Y、Gd、La四種元素之一，或者是其中兩種或兩種以上元素。其中x是Ce置換Ln的摩爾比，這里的x范圍在0.001＜x＜1。
2.如權(quán)利要求1的晶體材料，其特征在于該晶體材料為鋯石型結(jié)構(gòu)，空間群為D4h19-I41/amd；熔點(diǎn)高于1800℃，單胞參數(shù)、密度、硬度隨Ln的不同而有較大差別；在空氣中不潮解，并有良好的機(jī)械性能。
3.如權(quán)利要求1所述的晶體材料，其特征在于該晶體為單晶體或多晶體或粉末材料。
4.一種權(quán)利要求1的晶體材料的制備方法，其特征在于用固相合成方法或液相合成方法，通過高溫下燒結(jié)，獲得Ce:LnVO4化合物，用純?nèi)垠w提拉法生長(zhǎng)晶體的方法。
5.一種權(quán)利要求2的晶體材料的制備方法，其特征在于采用不同的鈰、稀土、釩化合物，使用固相合成方法或液相合成方法在高溫下燒結(jié)獲得Ce:LnVO4化合物。
6.一種權(quán)利要求1的晶體材料的用途，其特征在于該閃爍晶體作為閃爍探測(cè)器的部件，用于在高能物理、核物理、影像核醫(yī)學(xué)診斷、地質(zhì)勘探、天文空間物理學(xué)以及安全稽查等領(lǐng)域中。
全文摘要
一種新型閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體材料涉及晶體材料制備領(lǐng)域。該晶體材料分子式為Ce
文檔編號(hào)C30B15/00GK1779000SQ20041009754
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者吳少凡 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所