[发明专利]一种硼酸钡钇、硼酸钡钇晶体的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及闪烁晶体及其生长方法和用途，特别是涉及一种采用Czochralski法生长硼酸钡钇晶体及其在闪烁(如X-射线探测)方面的用途。

背景技术

有一些晶体在高能射线(如，X-射线，γ-射线)或高能粒子的照射下会发射出紫外光或者可见光，这种现象叫做闪烁效应，具有闪烁效应的晶体称为闪烁晶体。优良的闪烁晶体应该具有三个重要的性能指标，即较高光产额、短的衰减时间和高密度。已经商业化的具有代表性的闪烁晶体有Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)，Gd₂SiO₅(GSO)，PbWO₄(PWO)等。BGO具有较高的光产额，但是衰减时间较长(～300ns)；PWO的衰减时间很短但是光产额又不是很高。硼酸钡钇是中国科学院物理研究所晶体生长组首次发现的硼酸盐化合物，(参阅文献1：Li，X.Z.；Wang，C.；Chen，X.L.；Li，H.；Jia，L.S.；Wu，L.；Du Y.X.；Xu，Y.P.Inorg.Chem.2004，43，8555)。它的空间群是P6₃/m，基本结构单元是沿着c轴平行排列的B₃O₆平面基团，Y-O₆八面体排列在平行的基团中间。这种Y-O₆八面体是与PWO中的WO₄基团类似，充当了晶体在高能射线激发下的发光中心(参阅文献2：A.A.Annenkov，M.V.Korzhik，P.Lecoq，Nucl.Instr.andMeth.A 2002，490，30.)。C.J.Duan等人研究了粉末态的硼酸钡钇在X-射线激发下的发光性质，发现它的发光中心在385nm左右，衰减时间是27ns(参阅文献3：Duan，C.；Yuan，J.；Zhao，J.；J.Solid.State.Chem.2005，178，3698.)。这个衰减时间算是比较短的，但是上述研究仅涉及粉末状硼酸钡钇的特性，对于单晶体硼酸钡钇的特性研究，目前尚无人涉及。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有优良的闪烁特性的硼酸钡钇晶体，在X-射线激发下有较高的发光强度和较快的反应速度；

本发明的另一目的是提供一种硼酸钡钇晶体的制备方法；

本发明的再一目的是提供一种硼酸钡钇晶体的用途。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种硼酸钡钇，所述硼酸钡钇为单晶体。

一种硼酸钡钇晶体的制备方法，该方法包括以下步骤：首先将YBa₃B₉O₁₈多晶原料装入铂坩埚，将铂坩锅放入单晶生长炉中，使单晶加热炉内温度升高以使多晶原料熔化，然后用铂丝接触熔化后的多晶料，再以0.5-2℃/h的降温速度使熔化的多晶料冷却至1018-1022℃，即在铂丝上得到硼酸钡钇籽晶，将得到的籽晶固定在有铂夹的籽晶杆上，并将籽晶杆放入熔化后的多晶料中，旋转籽晶杆，并使熔体温度保持在上述冷却后的温度，然后以0.01-0.05℃/h的速率降温，温度降至1016-1018℃，在籽晶杆上得到晶体，将晶体拉出熔体，以30-50℃/h的速率降至室温得到硼酸钡钇晶体。

进一步，在硼酸钡钇多晶熔化过程中，单晶加热炉内温度升高到1019-1040℃。

进一步，所述YBa₃B₉O₁₈多晶原料经下述步骤制备：首先将分析纯的氧化钇、碳酸钡、硼酸按1∶3∶9.0-9.1的摩尔比在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后放入铂坩埚中，将铂坩埚放入马弗炉中，使马弗炉内温度升高到920-940℃并保持该温度12-72小时，使反应物充分固相反应后停止加热，冷却到室温即得到YBa₃B₉O₁₈多晶体。

进一步，所述分析纯的氧化钇，碳酸钡，硼酸纯度不小于99.9％。

进一步，所述单晶生长炉为MoSi₂ U型电阻棒加热单晶提拉炉。

一种硼酸钡钇晶体的用途，所述硼酸钡钇晶体用于X-射线探测。

与已有技术相比，本发明提供了一种单晶体硼酸钡钇，相对于多晶硼酸钡钇，单晶体硼酸钡钇具有发光强度及发光效率高、反应灵敏等特性；