本发明专利技术涉及三价铈离子掺杂的稀土硅酸盐多晶料及制备方法，其特征在于所述的稀土硅酸盐为硅酸镥、硅酸钇或硅酸镥钇；掺杂的三价铈化合物的克分子百分数为０．２－２％；掺杂后所述的稀土硅酸盐的通式为Ｌｎ↓［２（１－ｘ）］Ｃｅ↓［２ｘ］ＳｉＯ↓［３］，式中ｘ＝０．００２－０．０２，Ｌｎ为Ｙ和Ｌｕ中的一种或两种。所述的掺杂的三价铈化合物为Ｃｅ↓［２］（ＣＯ↓［３］）↓［３］、Ｃｅ（ＮＯ↓［３］）↓［３］、Ｃｅ↓［２］（Ｃ↓［２］Ｏ↓［４］）↓［３］、Ｃｅ（ＣＨ↓［３］ＣＯＯ）↓［３］或Ｃｅ（ＯＨ）↓［３］。采用直接合成多晶料或掺杂三价铈化合物经液相混合后制备多晶料。本发明专利技术从原料上最大程度地减少了Ｃｅ↑［＋４］的引入，消除了其对Ｃｅ↑［＋３］发光的猝灭影响，降低了多晶料的烧结温度，改善了材料的光输出、能量分辨率等闪烁性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三价铈离子(Ce3+)掺杂的稀土硅酸盐多晶料及制备方 法，更确切地说涉及Ce"参杂的硅酸镥(Lu2Si05)、硅酸钇(Y2Si05)或硅 酸镥钇(Lu2(1-x)Y2xSi05)多晶料的制备方法，属于闪烁晶体生长用多晶料 制备领域。
技术介绍
自1948年Hofstadter首次发现Nal: Tl晶体具有优良的闪烁特性并将其 广泛应用于X射线、Y射线的探测开始，人们逐步发现并应用了诸如CdW04、 BGO (锗酸铋，系分子式Bi3Ge40^的縮写)、Csl: Tl等性能优良的闪烁晶 体。这些闪烁晶体做成探测器，在核物理、高能物理、影像核医学诊断(XCT、 PET)、油井勘探、天文空间物理学以及安全稽査等领域有着广泛的应用前景， 它们已经成为现代众多高新
中不可缺少的核心材料之一。随着核科 学技术及其相关技术的飞速发展、闪烁晶体应用领域的不断地拓宽，不同应 用领域对无机闪烁体也提出了更多更高地要求。铈离子掺杂的稀土硅酸盐， 即Lii2Si05: Ce、 Y2Si05: Ce以及Lu2 (1.x) Y2xSi05: Ce等，因具有高光输出、 快衰减、高密度以及优良的物理化学特性，备受科研和工程技术人员的广泛 关注。Lu2Si05: Ce (简写为LSO: Ce)与Y2SiOs: Ce (简写为YSO: Ce)最 初是作为阴极射线管用磷光粉引起人们的兴趣并进行研究的(A.H.Gomes, A.BriL Mater Res Bull, 1969, 4, 643; )。 1990年，C丄.Melcher等发现它是一种 具有潜在应用价值的新型闪烁体，该晶体的光输出为BGO晶体的4 5倍， 衰减时间不足40ns、密度(7.4g/cm)与BGO相当，发光波长为420nm (C丄.Melcher, US Patent, 4958080,1990)，非常适合于高能y射线的快速探测，因此被认为是迄今为止综合性能最好的闪烁体。自1992年生长出单晶以 来(C丄.Melcher， J.S.Schweitzer, Nucl. Instrum Method A, 1992, 314， 212 )，己 对其闪烁性能进行了广泛的研究，如美国的CTI公司、Texas大学西南医学 中心、Ramet公司和俄罗斯的Lebedev物理研究所等先后开展LSO晶体的生 长试验和性能研究。我国上海光学精密机械研究所吴光照等曾于1996年首先 在国内用提拉法生长出了尺寸为3mmX4mmX4mm的Lu2Si05: Ce晶体(吴 光照等，人工晶体学报，1996， 25， 175)，随后上海硅酸盐所任国浩等对 LSO: Ce的生长和闪烁性能进行了相关研究与表征(任国浩等，无机材料学 报，2003， 18， 269; G H. Ren etc" J. Synthetic Crystal, 2004,33, 520; G. H. Ren etc., Nucl. Instr Method, 2004, 531A, 560)。近年来，为了改善闪烁晶体的性能， 又发展了混合型硅酸盐闪烁单晶体Lu2(^Y2xSi05: Ce，简写为LYSO: Ce (D.W.Cooke etc., J Appl. Phys., 2000, 7360; K丄McClellan, L.Alamos, US Patent, 6323489, 2001; Bruce H.T.Chai etc., US Patent, 6624420, 2003; LS.Qin, G. H.Ren etc" J Cryst Growth, 2005, 281,518)。与目前广泛应用的BGO闪烁晶体不同，铈离子掺杂的稀土硅酸盐系列 晶体Ln2 (1.x) Ce2xSi05 (Ln=Lu、 Gd、 Y等稀土元素)属于非本征闪烁晶体， 三价铈离子替代Ln2Si05晶体中Ln离子而成为发光中心。其发光过程通常由 以下3个步骤完成(a)闪烁晶体吸收高能射线或粒子，在晶格中产生大量 的电子一空穴对；(b)具有高肯隨的电子一空穴对通过电子一电子、电子一 声子之间的相互作用进行驰豫，变为具有禁带宽度能量的热化电子一空穴对， 热化电子-空穴对再将能量传递给Ce"离子发光中心;(3)Ce"离子通过5d— 4f能级间的跃起进行发光。研究表明，晶体中含有Ce"离子时，将会猝灭 Ce"发光中心从而降低晶体的光输出(J. Lumi. 2000， 87-89, 266; J. Lumi. 1994: 60-61, 263; Nucl. Instrum Method. 1992, 320A, 263 )。另外，Y. Kurata等指出， 在Ce离子掺杂的稀土硅酸盐闪烁晶体中，Ce"离子使晶体的光透过率降低， 进而影响晶体的光谱性能(IEEE Trans. Nucl. Sci, 1995,42, 1038)。因此，如 何有效降低晶体中Ce"离子的浓度是提高晶体闪烁效率的一个重要因素。在先技术中，Ce掺杂稀土硅酸盐闪烁晶体Ln2d.x)Ce2xSi05 (O.OOOKX 《0.05， Ln代表Lu、 Y、 Gd稀土元素中的一种或两种元素的组合) 一般都 采用中频感应提拉法生长。晶体生长所用初始原料， 一般直接采用化学式对 应的高纯氧化物Lu203、 Y203、 Si02和Ce02按摩尔比进行配制，然后高温固 相反应合成多晶料(IEEE Trans.Nucl.Sci. 1998, 45, 518; J. CrystGrowth. 1993， 128, 1001; Bruce H.T.Chai, US Patent, 6624420; J. Cryst. Growth, 1997, 174, 331)。先前技术生长铈离子掺杂的稀土硅酸盐闪烁晶体具有下列缺点-(1) 由于晶体中的三价铈离子是通过含四价铈离子的Ce02引入，Ce4+ 的半径较(^3+ (分别为0.920A、 1.034人)，更加接近其取代的Y"、 Li^+的半 径(分别为0.893A、 0.848A)，加之Ce元素的第四级电离能14在镧系稀土元 素中最小，最后获得的晶体必将含有大量的Ce"离子，对(^3+发生严重的猝 灭效应，进而降低了晶体的光输出等闪烁性能；(2) 另一方面，原料中引入的Ce02还会在其晶体生长的过程中，发生 如下的化学反应(l-x) Ln203 + Si02 + 2xCe02 = Ln2 (1.x) Ce2xSi05 + x/202T 产生少量的氧气，对晶体生长不利，并会使晶体存在较多的缺陷、晶体 闪烁性能下降。因此，从材料制备技术(尤其是多晶料)上寻找突破、克服上述现有技 术的缺点，解决因采用Ce02作为掺杂原料，致使其后续生长晶体中含有大 量的Ce"等有害离子而导致降低晶体光输出、恶化能量分辨率等闪烁性能的 问题，显得非常迫切和必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一类三价铈离子掺杂的稀土硅酸盐多晶料及制备 方法。也即提供一类只含有Ce3+离子的LSO: Ce、 YSO: Ce及LYSO: Ce 闪烁单晶所需的多晶料的制备方法，解决因采用Ce02作为掺质原料，在前 述硅酸盐晶体中因引入大量的Ce"等从而降低晶体闪烁性能的问本文档来自技高网...
【技术保护点】
三价铈离子掺杂的稀土硅酸盐多晶料，其特征在于： （１）所述的稀土硅酸盐为硅酸镥、硅酸钇或硅酸镥钇； （２）掺杂的三价铈化合物的克分子百分数为０．２－２％；掺杂后所述的稀土硅酸盐的通式为Ｌｎ↓［２（１－ｘ）］Ｃｅ↓［２ｘ］ＳｉＯ↓［３］，式中ｘ＝０．００２－０．０２，Ｌｎ为丫和Ｌｕ中的一种或两种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴历斌，吴承，江莞，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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