[发明专利]一种铈离子掺杂的钨酸钆钠晶体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铈离子掺杂的钨酸钆钠晶体及其制备方法和应用，所述钨酸钆钠晶体中掺杂有Ce³⁺，其化学式为Ce³⁺:NaGd(WO₄)₂，Ce³⁺的掺杂量为0.05～0.8 mol%。

技术领域

本发明涉及一种铈离子掺杂的钨酸钆钠(NaGd(WO₄)₂，简称NGW)晶体及其制备方法和闪烁发光性质，属于闪烁晶体材料领域。

背景技术

近年来，无机闪烁晶体在核医学成像、高能物理、油井勘探、安全稽查等方面得到广泛应用，寻求具有高光输出、快衰减的无机闪烁晶体成为近年来人们研究的热点。由于Ce³⁺离子的发光属于5d-4f电偶极允许跃迁，其发光强度大，衰减快，且具有良好的时间分辨率和能量分辨率，因而掺铈的闪烁晶体受到广泛关注。常见的非本征型Ce³⁺离子激活的闪烁体包括氟化物、溴化物等卤化物晶体和硅酸盐、硼酸盐等氧化物晶体，两类晶体都具有高光输出、快衰减的闪烁特性，但是前者的潮解特性，后者的熔点高、生长困难和成本高等问题，使这些晶体的应用受到很大限制，因而促使人们去发现和研究熔点较低(如1300℃以下)且适合于Ce³⁺离子的掺入，并且能够有效发光的高密度晶体材料。

钨酸钆钠(NaGd(WO₄)₂，简称NGW)晶体属于四方晶系白钨矿(CaWO₄)结构，其密度＞6.0g/cm³，熔点约为1250℃。钨酸钆钠晶体作为发光基质吸收能量后，能够将能量传递给激活离子，从而增强发光中心的发光效率，同时钨酸钆钠晶体具有良好的物化性能稳定、阈值低、可高浓度掺杂和一致熔融等特点，是一种优良的光学晶体基质材料，而其作为闪烁晶体的相关研究却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铈离子掺杂的钨酸钆钠晶体，采用坩埚下降法(BridgmanMethod)进行晶体的生长和制备，通过三价铈离子的掺杂使得钨酸钆钠晶体在360～650nm波长范围内出现宽带闪烁发光。

一方面，本发明提供一种铈离子掺杂的钨酸钆钠晶体，所述钨酸钆钠晶体中掺杂有Ce³⁺，其化学式为Ce³⁺:NaGd(WO₄)₂，Ce³⁺的掺杂量(相对于NGW的物质的量)为0.05～0.8mol％。

与纯NGW晶体相比，掺Ce³⁺的NGW晶体在360～650nm波长范围内的发光强度明显增大，约有20倍以上，发光峰值位于490nm附近，因而有望在闪烁探测材料方面得到应用。

优选地，所述Ce³⁺的掺杂量为0.05～0.09mol％。

优选地，所述晶体在400～650nm波长范围内出现宽带闪烁发光；其中，当Ce³⁺的掺杂量为0.05～0.5mol％时，发光峰位位于470nm；当Ce³⁺的掺杂量为0.8mol％时，发光峰位红移至490nm。

第二方面，本发明提供上述铈离子掺杂的钨酸钆钠晶体的制备方法，包括以下步骤：采用固相法制备钨酸钆钠多晶料，再按掺杂量掺入掺杂剂，得到晶体生长原料；

将所得晶体生长原料在空气气氛下用坩埚下降法进行晶体生长。

优选地，所述钨酸钆钠多晶料的制备包括：将Na₂CO₃、WO₃、Gd₂O₃按化学反应计量比配比称量、混合均匀并压制成块，在850～950℃下烧结24～36小时。