发光材料及其形成方法技术

本发明专利技术公开了发光材料可以通过使用包括空位填充原子的空位填充剂的方法来形成。在一个实施方案中，方法可以包括形成相应于发光材料的组分和空位填充剂的混合物。方法还可以包括从混合物形成发光材料，其中发光材料包括至少一些来自空位填充剂的空位填充原子。在另一个实施方案中，方法可以包括熔化相应于发光材料的组分以形成熔体且将空位填充剂添加至熔体中。方法还可以包括从熔体形成发光材料，其中发光材料包括至少一些来自空位填充剂的空位填充原子。与发光材料的相应基础材料相比，发光材料可以具有一种或多种改善的性能特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及发光材料、它们的形成方法以及具有闪烁体的装置，所述闪烁体具有这样的化合物。
技术介绍
闪烁体可用于医学成像和在油气工业中用于测井以及用于环境监控、安全应用，及用于核物理分析和应用。闪烁体包括发光材料，所述发光材料包括稀土元素，其中在化合物中稀土元素可以是掺杂剂或作为主要组分。发光材料的进一步改善是所期望的。【附图说明】借助于实施例来描述实施方案,并且实施方案不限于附图。图1包括装置的说明，所述装置包括具有根据一个实施方案的发光材料的闪烁体。本领域的技术人员应认识到，图中的元件被出于简单和清楚的目的而说明，并且没有必要将其依比例绘制。例如，图中的某些元件的尺寸可以相对于其他元件放大，以帮助改善对本专利技术的实施方案的理解。具体实施方案以下结合图示的描述提供用于帮助理解本文所公开的教导。下面的讨论将集中在教导的具体实现和实施方案上。这种强调提供用于帮助描述教导，而不应当被解释为对教导的范围或应用性的限制。在提出下述实施方案详情之前，先定义或阐明一些术语。对应于元素周期表内列的族序号使用参见“CRC Handbook ofChemistry and Physics”,第 81 版(2000)中所述的“新命名法”公约。如本说明书所用，颜色空间根据如国际照明委员会(“CIE”) 1976所明确的L*、a*和b*坐标来表示。这三个坐标表示色彩的明度(L* = O产生黑色且L* = 100表示漫射白色；镜面白色可以更高)、其介于红色/绛红色与绿色之间的位置(a*，负值表示绿色，而正值表示绛红色)和其介于黄色与蓝色之间的位置(b*，负值表示蓝色且正值表示黄色)。除非另有明确说明，本文提供的沸腾和升华温度是在一个大气压力(约IOlkPa,绝对压力)下。术语“化合物”意在指多个基本上相似的分子。当形成包括基本上单晶的晶锭时，晶锭可以具有单一化合物，即使由于分隔系数分子式会沿晶锭的长度细微变化，因此分子式沿晶锭的长度不是完美均匀的。术语“材料”意在指一种组合物，无论形式，其包括化合物和不是该化合物的一部分的潜在的原子或分子。这样的原子或分子可以位于化合物的基体中的间隙位置，或者可以溶解在材料中。当提及化合物中的特定元素时，字母“M”意在指金属元素。例如，M2+是用来代表二价金属。M3+是用来代表三价金属，在一个实施方案中，其可以是稀土元素，且在另一个实施方案中，其可以是除稀土元素外的三价金属，诸如Al、Ga、Sc、In等。当提及化合物中的特定元素时，术语“主要组分”意在指元素作为化合物分子式的一部分而不是作为掺杂剂存在。化合物中的掺杂剂通常以不大于5%原子的浓度存在。作为一个实例，掺Ce的LaBr3(LaBr3 = Ce)包括La和Br作为主要组分，且Ce是掺杂剂而不是主要组分。术语“稀土”或“稀土元素”意在指Y、Sc、La及元素周期表中的镧系元素(Ce至Lu) ο在化学式中，稀土元素表示为“RE”。如本文所用，术语“包括(comprises) ”、“包括了(comprising) ”、“包含(includes) ”、“包含了 (including)，，、“具有(has)”、“具有的(having) ” 或它们的任何其他变形均旨在覆盖一种非排他性的包含。例如，包括一列特征的一种工艺、方法、物品或装置不一定仅限于那些特征，而是可以包括对于这种工艺、方法、物品或装置没有明确列出或固有的其他特征。另外，除非在相反意义上明确陈述，“或者”指的是一种包含性的或者而不是一种排他性的或者。例如，条件A或B符合以下中任一项:A是真(或存在)并且B是假(或不存在)，A是假(或不存在)并且B是真(或存在)，以及A和B两者都是真(或存在)。使用“一种/ 一个”(a/an)来描述在此说明的要素和组成部分。这样做仅是为了方便并且给出本专利技术范围的一种概括性意义。除非清楚指的是其他情况，否则本说明书应该被解读为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，或反之亦然。除非另外定义，在此使用的所有的技术性和科学性术语具有如在本专利技术所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的意义。这些材料、方法以及实例仅是说明性的并且并无意对其进行限制。就在此未经说明之范围而言，关于具体材料和加工行为的许多细节是常规的并且可以在教科书以及闪烁和辐射检测领域之内的其他原始资料中找到。可以使用空位填充剂来形成发光材料，所述空位填充剂可以帮助在形成过程中将空位填充原子引入发光材料中，而不是仅仅依靠发光材料周围的环境来提供空位填充原子。与仅仅依靠从发光材料周围的环境扩散空位填充原子相比，在形成发光材料中空位填充剂的使用在减少在成品发光材料中形成空位的可能性上基本上更有效。对于含稀土的发光材料，空位填充剂的使用可以是特别有用的，因为这样的发光材料是相对致密的且具有相对低的扩散系数。空位填充剂可以与其他发光材料一起使用且不限于仅与含稀土的发光材料一起使用。与当在形成过程中未将空位填充剂结合进熔体或本体中时的相应发光材料相比，使用空位填充剂形成的发光材料可以具有更高的光输出，更低的能量分辨率、更低的余辉、更好的比例、更短的衰减时间或其任意组合。使用空位填充 剂形成发光材料的方法可以开始于基于所期望形成的发光材料选择空位填充剂。空位填充剂可以提供O、S或X原子，其中X为卤素。空位填充剂可以是包括空位填充原子和其他原子的化合物，所述其他原子包括与空位填充原子的元素不同的元素。其他原子通常与发光材料中的发光化合物的基体中的任何原子不同。其他原子可以包括未化学键合至为发光化合物中的主要组分的其他原子的金属原子。在一个特定的实施方案中，金属原子包括Ba、Sn、Zn、Zr、Hf、Cd、Pb或其任意组合。在成品发光材料中，发光材料可以基本上不含任何其他原子，或在发光材料包括其他原子的程度，这样的其他原子可以只存在于间隙位置而不在发光化合物的基体中。在另一个实施方案中，空位填充剂可以包括空位填充原子而不包括任何其他原子，这样的空位填充剂的实例包括硫。可以基于起始材料的总质量来确定空位填充剂的量。对于特定的发光化合物，在较低浓度下性能特性的改善可以变得显著且性能特性可以随着浓度的增加而改善。在一个特定的实施方案中，在一定浓度范围内性能特性可以是浓度的线性函数。在较高浓度下，性能特性可以变得饱和且浓度的进一步增加不进一步显著改善性能特性。作为一个实例，掺铈正硅酸钇镥(LYS0:Ce)在0.1重量％的浓度开始可以开始显示出性能特性的显著改善，且改善可以线性增加到至少0.5重量％。在1.0重量％或2重量％，随着浓度的增加，可能不会观察到进一步的显著改善。对于掺铺溴化镧(LaBr3 = Ce),空位填充剂的相应浓度可以小于对于LYSO = Ce的浓度。LaBr3 = Ce在0.001重量％的浓度开始可以开始显示出性能特性的显著改善，且改善可以线性增加至0.01重量％。在0.01重量％，随着浓度的增加，可能不会观察到进一步的显著改善。在一个实施方案中，空位填充剂是用以形成发光材料的起始材料的总质量的至少约0.0002重量％、至少约0.001重量％、至少约0.002重量％、至少约0.02重量％、至少约0.05重量％、至少约0.11重量％或至少约0.3重量％。在另一个实施方案中，空位填充剂是用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：形成以下的混合物：相应于发光材料的组分；和包括空位填充原子的空位填充剂；以及从所述混合物形成所述发光材料，其中所述发光材料包括至少一些来自所述空位填充剂的所述空位填充原子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.24 FR 1160738;2012.01.09 US 61/584,4901.一种方法，包括: 形成以下的混合物: 相应于发光材料的组分；和 包括空位填充原子的空位填充剂；以及 从所述混合物形成所述发光材料，其中所述发光材料包括至少一些来自所述空位填充剂的所述空位填充原子。2.—种方法，包括: 熔化相应于发光材料的组分以形成熔体； 将空位填充剂添加至所述熔体中；以及 从所述熔体形成所述发光材料，其中所述发光材料包括至少一些来自所述空位填充剂的所述空位填充原子。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述空位填充剂还包括其他原子，所述其他原子包括与所述空位填充原子的元素不同的元素，且进行形成所述发光材料使得基本上没有来自所述空位填充剂的所述其他原子被结合进所述发光材料的基体中。4.根据权利要求3所述的方法，其中在来自所述空位填充剂的任何其他原子被结合进所述发光材料中的程度， 所述任何其他原子基本上只在间隙位置被结合。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述空位填充剂还包括其他原子，所述其他原子包括与所述空位填充原子的元素不同的元素，且进行形成所述发光材料使得基本上没有来自所述空位填充剂的所述其他原子被结合进所述发光材料中。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述其他原子包括金属原子。7.根据权利要求6中任一项所述的方法，其中所述金属原子包括Ba、Sn、Zn、Zr、Hf、Cd, Pb或其任意组合。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空位填充原子是0、S或X，其中X是卤素。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空位填充剂包括Ba02、SnO2,ZnO或其任意组合。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中: 所述空位填充原子为O;以及 在氧化环境中进行形成所述发光材料。11.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括在氧化环境中退火所述发光材料。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述氧化环境包括02、O3>NO、N2O, CO2或其任意组合。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述氧化环境包括至少约1.4体积％、至少约5体积％、至少约11体积％、至少约15体积％或至少约20体积％的与所述空位填充剂不同的氧化物质。14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述氧化环境包括不大于100体积％、不大于约90体积％、不大于约75体积％、不大于约50体积％或不大于约40体积％的氧化物质。15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中所述氧化环境包括至少约1.4kPa、至少约5kPa、至少约llkPa、至少约15kPa或至少约20kPa的与所述空位填充剂不同的氧化物质。16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中所述氧化环境包括不大于lOlkPa、不大于约90kPa、不大于约75kPa、不大于约50kPa或不大于约40kPa的与所述空位填充剂不同的氧化物质。17.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述空位填充剂包括ZnX2、ZrX4,HfX4, SnX2或其任意组合，其中X是卤素。18.根据权利要求1至8和17中任一项所述的方法，其中: 所述空位填充原子为X ;以及 所述方法还包括在含卤素环境中退火所述发光材料。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述含卤素环境包括NH4C1、NH4Br,NH41、CBr4,CCl4, CI4, CHBr3、CHC13、CHI3> CH2Br2, CH2Cl2, CH2I2 或其任意组合。20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述含卤素环境包括至少约1.4体积％、至少约5体积％、至少约11体积％、至少约15体积％或至少约20体积％的与所述空位填充剂不同的含卤素物质。21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中所述含卤素环境包括不大于100体积％、不大于约90体积％、不大于约75体积％、不大于约50体积％或不大于约40体积％的与所述空位填充剂不同的含卤素物质。22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中所述含卤素环境包括至少约1.4kPa、至少约5kPa、至少约llkPa、至少约15kPa或至少约20kPa的与所述空位填充剂不同的含卤素物质。23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中所述含卤素环境包括不大于lOlkPa、不大于约90kPa、不大于约75kPa、不大于约50kPa或不大于约40kPa的与所述空位填充剂不同的含卤素物质。24.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述空位填充剂包括CdS、PbS2,S或其任意组合。25.根据权利要求1至8和24中任一项所述的方法，其中: 所述空位填充原子为S ;以及 在含硫环境中进行形成所述发光材料。26.根据权利要求1至8和24中任一项所述的方法，还包括在含硫环境中退火所述发光材料。27.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述含硫环境包括(NH4)2S、C6H4S, H2S, S或其任意组合。28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中所述含硫环境包括至少约1.4体积％、至少约5体积％、至少约11体积％、至少约15体积％或至少约20体积％的与所述空位填充剂不同的含硫物质。29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中所述含硫环境包括不大于100体积％、不大于约90体积％、不大于约75体积％、不大于约50体积％或不大于约40体积％的与所述空位填充剂不同的含硫物质。30.根据权利要求25至29中任一项所述的方法，其中所述含硫环境包括至少约1.4kPa、至少约5kPa、至少约llkPa、至少约15kPa或至少约20kPa的与所述空位填充剂不同的含硫物质。31.根据权利要求25至30中任一项所述的方法，其中所述含硫环境包括不大于lOlkPa、不大于约90kPa、不大于约75kPa、不大于约50kPa或不大于约40kPa的与所述空位填充剂不同的含硫物质。32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空位填充剂是用以形成所述发光材料的起始材料的总质量的至少约0.0002重量％、至少约0.001重量％、至少约0.002重量％、至少约0.02重量％、至少约0.05重量％、至少约0.11重量％或至少约0.3重量％。33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空位填充剂是用以形成所述发光材料的起始材料的总质量的不大于约50重量％、不大于约20重量％、不大于约9重量％、不大于约5重量％、不大于约2重量％、不大于约0.7重量％、不大于约0.2重量％、不大于约0.09重量％、不大于约0.02重量％或不大于0.01重量％。34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空位填充剂的汽化温度在所述发光材料的熔化温度的约250°C以内。35.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述空位填充剂具有高于所述发光材料的熔化温度的汽化温度。36.根据权利要求35所述的方法，其中所述空位填充剂的汽化温度比所述发光材料的熔化温度高至少约5°C、至少约11°C、至少约20°C、至少约50°C或至少105°C。37.根据权利要求35或36所述的方法，其中加热所述混合物包括在形成所述发光材料之前将所述混合物加热到至少所述空位填充剂的汽化温度。38.根据权利要求37所述的方法，其中将所述混合物加热到至少所述空位填充剂的汽化温度进行至少约1.1分钟、至少约5分钟、至少约11分钟、至少约15分钟或至少约20分钟的时间段。39.根据权利要求37或38所述的方法，还包括: 将所述混合物冷却到接近所述发光材料的熔化温度的另一温度；以及 将...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·奥斯本斯基，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US