无水掺铈溴化镧及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种无水掺铈溴化镧的制备方法，包括：(1)使铈源和镧源在溴离子存在下进行反应；(2)使步骤(1)得到的反应产物熔融、冷却，得到无水掺铈溴化镧；其中，步骤(1)和步骤(2)在保护气氛或真空条件下进行。本发明专利技术提供了一种无水掺铈溴化镧，其水含量低于100ppm。本发明专利技术的制备方法有效避免了固体与固体混合不均匀的问题，并且操作步骤简单，反应条件易达成，生产成本低。本发明专利技术的无水掺铈溴化镧可直接用于掺铈溴化镧闪烁晶体生长，得到晶体铈分布均匀，性能更加优异。

Anhydrous cerium-doped lanthanum bromide and its preparation method

The invention provides a preparation method of anhydrous cerium-doped lanthanum bromide, which includes: (1) reacting cerium source and lanthanum source in the presence of bromide ions; (2) melting and cooling the reaction products obtained in step (1) to obtain anhydrous cerium-doped lanthanum bromide; and (2) proceeding under protective atmosphere or vacuum conditions. The invention provides an anhydrous cerium-doped lanthanum bromide with water content less than 100 ppm. The preparation method of the invention effectively avoids the problem of non-uniform mixing of solid and solid, and has simple operation steps, easy reaction conditions and low production cost. The anhydrous cerium-doped lanthanum bromide of the invention can be directly used for the growth of cerium-doped lanthanum bromide scintillating crystals, resulting in uniform distribution of cerium and better performance.

【技术实现步骤摘要】
无水掺铈溴化镧及其制备方法
本专利技术涉及稀土材料深加工领域，具体地，本专利技术涉及一种无水掺铈溴化镧的制备方法以及采用该方法得到的无水掺铈溴化镧粉体。
技术介绍
掺铈溴化镧(LaBr3:Ce)闪烁晶体优异的性能在2001年被发现，它具有很吸引人的特性，如高光子输出(80000个光子/MeV)是现有发光效率最高的闪烁体(NaI(Tl))的2倍，而且具有快的衰减常数和高的阻尼系数。用放射源137Cs(662keV)γ射线，发现对于掺入0.3％Ce的LaBr3:Ce闪烁体的光子输出为61000个光子/MeV，掺入10％Ce的LaBr3:Ce闪烁体的光子输出高达80000个光子/MeV。LaBr3:Ce闪烁体的能量分辨在常温下是3.2％，这么高的能量分辨是所有已被使用的闪烁体所无法达到的；对于不同浓度的掺杂，测量表明它们都有非常快的衰减时间(小于等于25ns)从以上的数据清楚地表明，LaBr3:Ce是目前发现的最好的闪烁体，有望全面取代NaI(Tl)和BGO。LaBr3:Ce大尺寸晶体生长非常困难，价格也极其昂贵，其技术瓶颈在于高纯溴化镧和溴化铈不易制备。制备好的原料非常容易受到氧和水的污染，高杂质含量容易导致发光的淬灭。在晶体生长准备阶段，获得无水溴化镧/溴化铈混合物最常见方法是分别制备无水溴化镧/溴化铈，之后再分别准确称量后混合，但是这一方法的缺点是：1.混合不均匀，进而导致单晶不同位置性能均一度不高；2.为改善混合均匀性，需延长熔融时间，浪费能源和时间；3.混合过程处理不慎易引入其他杂质。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种无水掺铈溴化镧的制备方法以及采用该方法得到的无水掺铈溴化镧粉体。一方面，本专利技术提供了一种无水掺铈溴化镧的制备方法，包括：(1)使铈源和镧源在溴离子存在下进行反应；(2)使步骤(1)得到的反应产物熔融、冷却，得到无水掺铈溴化镧；其中，步骤(1)和步骤(2)在保护气氛或真空条件下进行。另一方面，本专利技术提供了一种无水掺铈溴化镧，采用上述制备方法得到，其水含量低于100ppm。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：与以机械混匀或长时间熔融扩散混匀的方法相比，本专利技术提供的无水掺铈溴化镧的制备方法的优势在于溴化镧和溴化铈混合均匀，获得晶体不同部位铈含量一致，性能均一性好；能够有效控制产品中的水、氧等有害杂质的含量，产品纯度高(99.5％以上)；操作步骤简单，产品收率高(98％以上)；反应条件易达成，生产成本低，非常有利于实现无水掺铈溴化镧的大规模批量化生产。具体实施方式为了充分了解本专利技术的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本专利技术作详细说明。本专利技术的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。针对目前在制备掺铈溴化镧时存在的单晶不同位置性能均一度不高、浪费能源和时间以及容易引入其他杂质等问题，本专利技术的专利技术人通过研究提出了一种一锅法制备掺铈溴化镧粉体的制备方法，其是铈源和镧源在溴离子存在下一锅法制备，然后熔融、冷却即得水含量低于100ppm的无水掺铈溴化镧粉体。在本专利技术中，所谓“一锅法”，是指掺铈溴化镧物料不经过溴化铈、溴化镧分别制备后再混合，而是一步直接制得溴化铈、溴化镧混合物。本专利技术的无水掺铈溴化镧的制备方法具体包括如下步骤，并且整个制备过程都是在保护气氛或真空条件下进行的。(1)使铈源和镧源在溴离子存在下进行反应。其中，铈源可以是醋酸铈水合物或碳酸铈。优选地，醋酸铈水合物是具有1.5至3个结晶水的醋酸铈，更优选地，醋酸铈水合物是Ce(CH3COO)3·1.5H2O、Ce(CH3COO)3·2H2O或Ce(CH3COO)3·3H2O。镧源可以是氧化镧(La2O3)或碳酸镧(La2(CO3)3)。铈源和镧源的质量比是(0.1-2):(0.5-50)。其中，溴离子是溴化氢气体或氢溴酸水溶液的形式，即溴离子来源于溴化氢气体或氢溴酸水溶液。可选地，当溴离子来源于溴化氢气体时，由于整个制备过程都是在保护气氛下进行的，因此，保护气氛可以是溴化氢气体，溴化氢和氮气的混合气体，或溴化氢和氩气的混合气体。当保护气氛是溴化氢和氮气的混合气体或溴化氢和氩气的混合气体时，溴化氢在混合气体中的比例可以是1％-10％(体积百分比)。其中，通入保护气氛的气流速度是1L/min-10L/min。可选地，当溴离子来源于氢溴酸水溶液时，氢溴酸水溶液的质量百分比浓度是40％-48％，例如40％。其中，铈源、镧源和氢溴酸水溶液的比例可以是(0.1-2kg):(0.5-50kg):(500-5000mL)。其中，铈源和镧源在溴离子存在下进行反应具体是在120℃至150℃的温度条件下进行反应6至12小时。本步骤的主要作用是制备溴化铈和溴化镧混合物料。(2)使步骤(1)得到的反应产物熔融、冷却，得到无水掺铈溴化镧。其中，使步骤(1)得到的反应产物，即溴化铈和溴化镧混合物料，以5℃/min-10℃/min的速度从120℃-150℃升温至790℃-850℃，并保持1-5小时(例如1小时)，以进行熔融。可选地，当步骤(1)中溴离子来源于溴化氢气体时，可以将温度直接由120℃-150℃升温至790℃-850℃。可选地，当步骤(1)中溴离子来源于氢溴酸水溶液时，优选先将温度以5℃/min-10℃/min的速度由120℃-150℃升温至350℃-400℃并保持3-20小时，然后再以5℃/min-10℃/min的速度升至790℃-850℃并保持1-5小时。熔融之后冷却至室温，即得到无水掺铈溴化镧物料。本步骤的主要作用是去除体系中的水分。在一种优选的实施方案中，本专利技术的无水掺铈溴化镧的制备方法在保护气氛下进行，以溴化氢气体作为溴离子来源，具体包括如下步骤：(1)将0.1-2kg铈源(即醋酸铈水合物或碳酸铈)与0.5-50kg镧源(即氧化镧或碳酸镧)混合均匀，随后向其中通入HBr气体或者含有1％-10％HBr的高纯氩气或高纯氮气气流，控制气流流速为1L/min-10L/min，在120℃-150℃保持6-12小时脱水，得到反应产物。(2)反应产物以5℃/min-10℃/min的速度从120℃-150℃升温至790℃-850℃，并保持1-5小时，以进行熔融反应，随后冷却至室温，即得到无水掺铈溴化镧粉体。在一种优选的实施方案中，本专利技术的无水掺铈溴化镧的制备方法在真空条件(即0.001Pa至100Pa)下进行，以氢溴酸水溶液作为溴离子来源，具体包括如下步骤：(1)将0.1-2kg铈源(即醋酸铈水合物或碳酸铈)与0.5-50kg镧源(即氧化镧或碳酸镧)混合均匀，随后向其中加入500-5000mL浓度是40-48％的氢溴酸水溶液，在120℃-150℃保持6-12小时脱水，得到反应产物。(2)反应产物先以5℃/min-10℃/min的速度从120℃-150℃升温至350℃-400℃并保持4-20小时，然后再以5℃/min-10℃/min的速度升至790℃-850℃并保持1-5小时，以进行熔融反应，随后冷却至室温，即得到无水掺铈溴化镧粉体。另一方面，采用上述制备方法得到的无水掺铈溴化镧粉体可生长出性能优异的掺铈溴化镧晶体：本专利技术制备的无水掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无水掺铈溴化镧的制备方法，其特征在于，包括：(1)使铈源和镧源在溴离子存在下进行反应；(2)使步骤(1)得到的反应产物熔融、冷却，得到无水掺铈溴化镧；其中，步骤(1)和步骤(2)在保护气氛或真空条件下进行。

【技术特征摘要】
1.一种无水掺铈溴化镧的制备方法，其特征在于，包括：(1)使铈源和镧源在溴离子存在下进行反应；(2)使步骤(1)得到的反应产物熔融、冷却，得到无水掺铈溴化镧；其中，步骤(1)和步骤(2)在保护气氛或真空条件下进行。2.根据权利要求1所述的无水掺铈溴化镧的制备方法，其特征在于，所述铈源是醋酸铈水合物或碳酸铈；优选地，所述醋酸铈水合物是Ce(CH3COO)3·1.5H2O、Ce(CH3COO)3·2H2O或Ce(CH3COO)3·3H2O。3.根据权利要求1所述的无水掺铈溴化镧的制备方法，其特征在于，所述镧源是氧化镧或碳酸镧。4.根据权利要求1所述的无水掺铈溴化镧的制备方法，其特征在于，所述溴离子是溴化氢气体或氢溴酸水溶液的形式。5.根据权利要求1所述的无水掺铈溴化镧的制备方法，其特征在于，所述铈源和所述镧源的质量比是(0.1-2):(0.5-50)。6.根据权利要求1所述的无水掺铈溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏建德，佘建军，方声浩，叶宁，张志诚，
申请(专利权)人：厦门中烁光电科技有限公司，中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35