[发明专利]三价铈离子掺杂的稀土硅酸盐多晶料及制备方法

说明书

技术领域

本发明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Ce³⁺掺杂的硅酸镥(Lu₂SiO₅)、硅酸钇(Y₂SiO₅)或硅 酸镥钇(Lu_2(1-x)Y_2xSiO₅)多晶料的制备方法，属于闪烁晶体生长用多晶料 制备领域。

背景技术

自1948年Hofstadter首次发现NaI：T1晶体具有优良的闪烁特性并将其 广泛应用于X射线、γ射线的探测开始，人们逐步发现并应用了诸如CdWO₄、 BGO(锗酸铋，系分子式Bi₃Ge₄O₁₂的缩写)、CsI：T1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查等领域有着广泛的应用前景， 它们已经成为现代众多高新技术领域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Lu₂SiO₅：Ce、Y₂SiO₅：Ce以及Lu_2(1-x)Y_2xSiO₅：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。

Lu₂SiO₅：Ce(简写为LSO：Ce)与Y₂SiO₅：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.L.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.L.Melcher，US Patent，4958080，1990)，非常适合于高能γ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.L.Melcher，J.S.Schweitzer，Nucl.Instrum Method A，1992，314,212)，已 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3mm×4mm×4mm的Lu₂SiO₅：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Lu_2(1-x)Y_2xSiO₅：Ce，简写为LYSO：Ce (D.W.Cooke etc.，J Appl.Phys.，2000，7360；K.J.McClellan，L.Alamos，US Patent，6323489，2001；Bruce H.T.Chai etc.，US Patent，6624420，2003；L.S.Qin， G.H.Ren etc.，J Cryst Growth，2005，281,518)。