[发明专利]双掺杂稀土离子的钆镓铝闪烁陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开一种双掺杂稀土离子的钆镓铝闪烁陶瓷的制备方法。该闪烁陶瓷的化学组成通式为：(Pr_xCe_yGd_1‑x‑yAl)₃Ga₂O₁₂，0.001≤x≤0.005，0.001≤y≤0.007；其制备方法为：按照化学计量比，将Gd₂O₃、Ga、Al(NO₃)₃·9H₂O、Pr(NO₃)₃·6H₂O以及Ce(NO₃)₃·6H₂O的粉体原料称量混合，加至酸溶液中溶解，制得金属盐溶液；将沉淀剂滴加进金属盐溶液中，使金属离子完全沉淀析出，经离心、真空抽滤、过滤和干燥，获得闪烁陶瓷前驱体；加入助熔剂，经煅烧制得陶瓷粉体；加入助剂，经干压成型和等静压成型，获得陶瓷素坯；高温烧结，得到具有石榴石结构的闪烁陶瓷；经退火制得Pr³⁺和Ce³⁺共掺杂的钆镓铝闪烁陶瓷。本发明双掺杂稀土离子的钆镓铝闪烁陶瓷具有高光输出快衰减的性能。

技术领域

本发明涉及钆镓铝石闪烁陶瓷材料领域，尤其涉及一种双掺杂稀土离子的钆镓铝闪烁陶瓷及其制备方法。

背景技术

透明闪烁陶瓷是高能探测器里面的核心部件材料，作为一种光电功能材料，无机透明闪烁陶瓷是在高能粒子或者高能射线(如x-射线、γ-射线)的激发下，将不可见的高能射线转换为可见光。广泛应用于医疗成像领域、安全检测领域、工业检测领域、高能物理探测领域。自第一块陶瓷闪烁材料YGO(y_1.34Gd_0.60Eu_0.06O₃)由GE公司为高性能X-CT制成，大量的新型闪烁陶瓷材料不断的背研发出，人们开始对制备闪烁陶瓷的粉体与制备工艺进行广泛深入的研究与探索。

自从1983年由Takagi和Fukazawa等人发现了Ce：GSO晶体具有优良的闪烁性能以来，Ce³⁺离子激活的高温闪烁晶体就出现了大量的文献报道，其中Ce：LSO闪烁晶体由C.L.Melcher在1990年申请了美国专利，被认为是一种很有希望的无机闪烁晶体。但晶体的制备过程要求工艺比较复杂、制备时间较长、生产成本较高，相比而言随着多晶陶瓷制备科学工艺和纳米粉体制备技术的不断发展，多晶透明陶瓷制备工艺简单、成本低、生产设备价格低廉等优点使其成为具有广大竞争力的闪烁体材料。

现如今，报道较多的为Ce³⁺稀土离子掺杂的闪烁陶瓷，其中Pr³⁺稀土掺杂的闪烁功能陶瓷也具有越来越多的重视。2015年，中科院上海硅酸盐研究所制备出Pr³⁺掺杂的镥铝石榴石晶体，其发光性能优良，具有高光输出快衰减的特点，说明Pr³⁺稀土离子掺杂的石榴石基体的闪烁陶瓷还是具有研发前景。Pr³⁺离子可以和基体材料Ga³⁺元素相替换，三价稀土离子Pr³⁺的最外层电子组态⁴f₂，是最简单最具有代表性的偶电子数f壳层未满状况。Pr³⁺的发光峰位于313nm特征的5d-4f发光峰，能和硅光电二极管较好的相耦合。Pr³⁺离子的量子效率很高，闪烁透明陶瓷在吸收了高能射线之后，大量的转化为5d-4f跃迁发光，能量损失较少。目前还没有关于Pr³⁺和Ce³⁺稀土离子共掺杂且实现高光输出快衰减的钆镓铝闪烁陶瓷的相关报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的之一是提供一种Pr³⁺和Ce³⁺稀土离子共掺杂，且能够实现高光输出快衰减的钆镓铝闪烁陶瓷。