[发明专利]一种镨铈掺杂焦硅酸镥发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及闪烁晶体或荧光粉体材料领域，具体涉及一种镨铈掺杂焦硅酸镥闪烁晶体或荧光粉及其制备方法。

背景技术

2000年，人们在Lu₂O₃-SiO₂二元体系中发现除LSO:Ce晶体之外的另一个化合物——铈掺杂焦硅酸镥(LPS:Ce)晶体也具有优异的闪烁性能。该晶体良好的闪烁性能：其光输出高(平均26300ph MeV^-1)，能量分辨率好(9％)和衰减时间短(38ns)，更为重要的是，LPS:Ce晶体没有余辉，即使在高温下(高于450K)仍然具有稳定的发光效率，因此LPS:Ce晶体特别适合在如核医学成像(PET)和油井勘测方面的应用(参见：U.S.Pat.No：6,437,336，参见：Nucl Instrum Meth A 2005年，第537卷，第256页)。与目前受到广泛重视的闪烁晶体LSO:Ce相比，LPS:Ce晶体的综合性能似乎更胜一筹。

虽然LPS:Ce的发光效率已经很高，达到26300ph MeV^-1。但实际上，LPS:Ce的理论光输出为58000ph MeV^-1。这表明LPS:Ce的发光效率还有提升的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镨铈掺杂焦硅酸镥发光材料，通过向铈掺杂焦硅酸镥材料中掺杂Pr³⁺，以有效地提高其发光效率。

本发明的原理基于：在LPS基质中，Pr³⁺的发光波长范围恰好与Ce³⁺的激发波长范围重叠(如图1和图2所示)。在高能射线如X射线或γ射线的激发下，Pr³⁺和LPS基质同时对Ce³⁺产生激发作用，提高LPS:Ce的发光效率。

本发明采用如下技术方案来解决上述技术问题：

一种镨铈掺杂焦硅酸镥发光材料，其特征在于，该材料的化学式为(Lu_1-x-yCe_xPr_y)₂Si₂O₇，其中：x＝0.0001～0.05，y＝0.0001～0.05。

上述化学式(Lu_1-x-yCe_xPr_y)₂Si₂O₇中，右下标数字及字母均表示分子中相应化学元素间的摩尔比例关系。

优选的，x＝0.00025～0.005，y＝0.00025～0.005。

更优选的，x＝0.00025～0.003，y＝0.00025～0.003。

更优选的，x＝0.00025～0.00075，y＝0.00025～0.00075。

较佳的，所述镨铈掺杂焦硅酸镥发光材料为镨铈掺杂焦硅酸镥闪烁单晶或荧光粉。

本发明还提供了所述镨铈掺杂焦硅酸镥闪烁单晶或荧光粉的制备方法，其中：镨铈掺杂焦硅酸镥闪烁单晶可用提拉法、浮区法或高温下降法进行制备；铈掺杂焦硅酸镥荧光粉可用高温固相法制备。

采用浮区法制备镨铈掺杂焦硅酸镥闪烁单晶，包括以下步骤：

(1)配料：按化学式(Lu_1-x-yCe_xPr_y)₂Si₂O₇中的化学计量比，将Lu₂O₃、SiO₂、含Ce化合物与含Pr化合物混合后，进行预烧以去除其中的H₂O和CO₂；

(2)烧结：将步骤1)中预烧后的原料压成料棒，然后于1400～1700℃进行烧结，制得多晶棒；烧结温度优选为1400～1650℃；

(3)晶体生长：将多晶棒和籽晶安装在浮区炉内进行晶体生长，控制转速为3～30rpm，生长速度为0.1～15mm/h；生长速度优选为3～12mm/h；

(4)降温：晶体生长完毕后，在3～200个小时内降到室温，得到镨铈掺杂焦硅酸镥闪烁单晶。