用于控制钆‑镓石榴石闪烁体中的镓含量的方法技术

本文公开了以下方法，包括：制造具有式(1)的组成的粉末，以及将粉末在含氧气氛中加热至500至1700℃的温度以制造结晶闪烁体，M

A method for controlling the content of gallium gadolinium gallium garnet scintillator in the

The methods disclosed herein include: producing powders having a formula (1); and heating powders in an oxygen atmosphere to temperatures of 500 to 1700 DEG C to produce crystalline scintillators; M

【技术实现步骤摘要】
用于控制钆-镓石榴石闪烁体中的镓含量的方法
技术介绍
本公开内容涉及用于在制造过程期间控制包含钆和镓的石榴石闪烁体中的镓含量的方法。特别地，本公开内容涉及用于在制造过程期间控制钆-铝-镓石榴石闪烁体中的镓含量的方法。钆铝镓石榴石(通常称为GAGG)由于其6.63克/立方厘米(g/cc)的高密度、大于65,000光子/MeV(百万电子伏或兆电子伏)的高光输出、和88纳秒(ns)/91%和258ns/9%的相对短的衰减时间而成为用作飞行时间(TOF)正电子发射断层扫描(PET)中的闪烁体的有前途的候选。GAGG可以使用Czochralski法由氧化物，例如具有99.99%或更高的纯度的二氧化铈(CeO2)、氧化钆(Gd2O3)、氧化镓(Ga2O3)和氧化铝(Al2O3)以具有多至3英寸(约7.5厘米)直径的大型晶棒(crystalboule)形式生长。所述棒是由合成手段生产的单晶锭(ingot)。与Czochralski法有关的缺点之一在于在晶棒的生产中使用的高温(超过1300℃)导致氧化镓分解为Ga2O蒸气，根据以下反应：(1)这是一个平衡反应，并且在反应室中的额外氧气的存在降低了氧化镓的分解率(rateofdecomposition)。换言之，在反应室中提高的量的氧气的存在驱动了朝向形成氧化镓而非朝向形成Ga2O蒸气的逆反应。晶棒的生产通常在铱坩埚中进行，所述铱坩埚由于铱金属的成本而非常昂贵。在反应室中使用大量的氧气引起铱金属转化为氧化铱(其会蒸发)，其由于与铱金属的损失相关的高成本而不合需要。为了实现折衷并在不损失任何铱金属的情况下获得GAGG晶棒，使用具有过量3重量%(wt%)的氧化镓的原料氧化物材料的非化学计量的混合物在含有过量2体积%的氧气的气氛中进行生长过程。过量镓的存在补偿了由镓在升高的工艺温度下的蒸发而导致的损失。但是，该方法也具有其缺点。由于镓的蒸发损失实际上难以控制，GAGG晶体的品质可能显著改变。失去化学计量可能引起GAGG晶体在闪烁特征方面的相当大的不均匀性，例如：在光输出方面的偏差、不可控的闪烁衰减时间和高水平的余辉，其全部是不合需要的。因此，仍然存在对用于生产具有正确化学计量的晶棒、同时降低氧化镓或铱金属的损失的方法的需求。
技术实现思路
在本文中公开了以下方法，其包括：制造具有式(1)的组成的粉末，以及将粉末在含氧气氛中加热至800至1700℃的温度以制造结晶闪烁体，M1aM2bM3cM4dO12(1)其中，O表示氧，M1、M2、M3和M4表示彼此不同的第一、第二、第三和第四金属，其中，a+b+c+d的总和为约8，其中，“a”具有约2至约3.5的值，“b”具有0至约5的值，“c”具有0至约5的值，“d”具有0至约1的值，其中，“约”被定义为偏离所期望值的±10%，其中，“b”和“c”、“b”和“d”、或者“c”和“d”不能两者同时等于0，其中，M1是稀土元素，包括但不限于钆、钇、镥、钪或者它们的组合，M2是铝或硼，M3是镓，并且M4是共掺杂物(codopant)并且包括铊、铜、银、铅、铋、铟、锡、锑、钽、钨、锶、钡、硼、镁、钙、铈、钇、钪、镧、镥、镨、铽、镱、钐、铕、钬、镝、铒、铥或钕中之一，或者其任意组合。在本文中还公开了通过以下方法制造的制品，所述方法包括：制造具有式(1)的组成的粉末，以及将粉末在含氧气氛中加热至800至1700℃的温度以制造结晶闪烁体，M1aM2bM3cM4dO12(1)其中，O表示氧，M1、M2、M3和M4表示彼此不同的第一、第二、第三和第四金属，其中，a+b+c+d的总和为约8，其中，“a”具有约2至约3.5的值，“b”具有0至约5的值，“c”具有0至约5的值，“d”具有0至约1的值，其中，“约”被定义为偏离所期望值的±10%，其中，“b”和“c”、“b”和“d”、或者“c”和“d”不能两者同时等于0，其中，M1是稀土元素，包括但不限于钆、钇、镥、钪或者它们的组合，M2是铝或硼，M3是镓，并且M4是共掺杂物并且包括铊、铜、银、铅、铋、铟、锡、锑、钽、钨、锶、钡、硼、镁、钙、铈、钇、钪、镧、镥、镨、铽、镱、钐、铕、钬、镝、铒、铥或钕中之一，或者其任意组合。具体实施方式在本文中公开了用于制造包含钆和镓的多晶或单晶石榴石(在后文中称为“石榴石”)并使用氧化镓作为起始原材料的方法。在石榴石中组合物除了钆和镓以外还含有一种或多种元素。换言之，在其最简单的形式中，石榴石包含三种或更多种元素。在一个实施方案中，石榴石具有式：M1aM2bM3cM4dO12(1)其中，O表示氧，M1、M2、M3和M4表示彼此不同的第一、第二、第三和第四金属，其中，a+b+c+d的总和为约8，其中，“约”被定义为偏离所期望值的±10%，其中，“a”具有约2至约3.5、优选约2.4至约3.2、并更优选约3.0的值，“b”具有0至约5、优选约2至约3、并更优选约2.1至约2.5的值，其中，“b”和“c”、“b”和“d”、或者“c”和“d”不能两者同时等于0，其中，“c”具有0至约5、优选约1至约4、优选约2至约3、并更优选约2.1至约2.5的值，“d”具有0至约1、优选约0.001至约0.5、并更优选0.003至0.3的值。在式(1)中，M1是稀土元素，包括但不限于钆、钇、镥、钪或它们的组合。M1优选为钆。在一个实施方案中，M2为铝或硼，M3为镓，并且M4是共掺杂物并且包括铊、铜、银、铅、铋、铟、锡、锑、钽、钨、锶、钡、硼、镁、钙、铈、钇、钪、镧、镥、镨、铽、镱、钐、铕、钬、镝、铒、铥、或钕中的一种或多种。对于M1，一些钆可以被钇、镥、镧、铽、镨、钕、铈、钐、铕、镝、钬、铒、镱或它们的组合中的一种或多种替代。在一个实施方案中，一些钆可以被钇替代。M3优选为铝。在一个实施方案中，共掺杂物M4包括Tl+,Cu+,Ag+,Au+,Pb2+,Bi3+,In+,Sn2+,Sb3+,Ce3+,Pr3+,Eu2+,Yb2+,Nb5+,Ta5+,W6+,Sr2+,B3+,Ba2+,Mg2+,Ca2+,或者它们的组合。所述方法包括制造纳米和微米尺寸的石榴石粉末(以及相关的可在加热时转化为石榴石的氧化物和氢氧化物)，并将这些粉末加热至低于为在Czochralski方法中生产单晶所用的1850℃的温度。在一些实施方案中，在含氧气氛中将纳米和微米尺寸的粉末加热至500至1700℃的温度，以在没有任何由蒸发导致的氧化镓的损失的情况下形成具有所需化学计量的多晶或单晶石榴石。可在将粉末在含氧气氛中加热至高至1700℃的温度以形成多晶或单晶石榴石之前，任选地将粉末加热至高至2000℃的温度以将其熔融。石榴石可以包含多晶和单晶材料的组合。不限制于任何理论，据信，在式(1)的组成中的每一种中的镓离子牢固地键合至组成中的其他元素，并因此使这样的分子分解所需要的能量远高于用于使氧化镓分解的能量。用于制造纳米和微米尺寸的钆-镓石榴石的粉末的方法包括：将所需金属氧化物以所需化学计量比溶解于强酸中。向包含酸和所溶解的金属氧化物的溶液添加过量的强碱。碱的添加促进了沉淀的形成。然后使用分离过程将沉淀从溶液中分离，以产生呈粉末形式的石榴石和相关的未反应氧化物。然后可通过将粉末加热至500至少于2000℃、优选850至1900℃、并更本文档来自技高网...

【技术保护点】
方法，其包括：制造具有式(1)的组成的粉末，以及将粉末在含氧气氛中加热至800至1700℃的温度以制造结晶闪烁体，M

【技术特征摘要】
2015.12.01 US 14/9550791.方法，其包括：制造具有式(1)的组成的粉末，以及将粉末在含氧气氛中加热至800至1700℃的温度以制造结晶闪烁体，M1aM2bM3cM4dO12(1)其中，O表示氧，M1、M2、M3和M4表示彼此不同的第一、第二、第三和第四金属，a+b+c+d的总和为约8，其中“a”具有约2至约3.5的值，“b”具有0至约5的值，“c”具有0至约5的值，并且“d”具有0至约1的值，其中，“b”和“c”、“b”和“d”或者“c”和“d”不能两者同时等于0，M1是稀土元素，包括钆、钇、镥、钪或者它们的组合，M2是铝或硼，M3是镓，并且M4是共掺杂物并且包括铊、铜、银、铅、铋、铟、锡、锑、钽、钨、锶、钡、硼、镁、钙、铈、钇、钪、镧、镥、镨、铽、镱、钐、铕、钬、镝、铒、铥或钕中之一。2.如权利要求1所述的方法，其中，对于M1，一部分钆可以被钇、镥、镧、铽、镨、钕、铈、钐、铕、镝、钬、铒、镱或它们的组合中的一种或多种替代。3.如权利要求1所述的方法，其中，M1是钆，并且M2是铝。4.如权利要求1所述的方法，其中，“a”具有约2.4至约3.2的值，“b”具有约2至约3的值，“c”具有约1至约4的值，并且“d”具有约0.001至约0.5的值。5.如权利要求4所述的方法，其中，“a”具有约3的值，“b”具有约2.1至约2.5的值，“c”具有约2至约3的值，并且“d”具有约0.003至约0.3的值。6.如权利要求1所述的方法，其还包括将粉末加热至500至2000℃的温度以将粉末熔融。7.如权利要求6所述的方法，其中，将粉末加热至500至2000℃的温度以将粉末熔融在将粉末在含氧气氛中加热至800至1700℃的温度以制造结晶闪烁体之前进行。8.如权利要求1所述的方法，其还包括将氧化镓、氧化钆、以及铈、铝、钪、钇、镧、镥、镨、铽、铬、镱、钕的至少一种氧化物溶解于酸中以形成溶液。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述酸是盐酸、硝酸、硫酸或它...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS安德烈科，AA凯里，PC科亨，
申请(专利权)人：美国西门子医疗解决公司，
类型：发明
国别省市：美国,US