稀土卤化物闪烁材料制造技术

本发明专利技术涉及一种稀土卤化物闪烁材料，该材料的化学通式为RE

Rare earth halide scintillator

【技术实现步骤摘要】
稀土卤化物闪烁材料
本专利技术涉及无机闪烁材料领域，尤其涉及一种稀土卤化物闪烁材料。
技术介绍
闪烁材料可用于α射线、γ射线、X射线等高能射线以及中子等高能粒子的探测，在核医学、高能物理、安全检查、石油测井等领域均有广泛应用。闪烁材料通常以单晶体的形式应用，在部分情况下也可以是陶瓷或其他形式。不同的应用领域对闪烁材料的性能要求不尽相同。但对大多数应用领域而言，都希望闪烁材料具有尽量高的光产额、尽量短的衰减时间和尽量高的能量分辨率。特别是对于正电子发射断层扫描仪(positronemissiontomography，PET)之类的核医学成像装置而言，这些参数对成像质量至关重要。E.V.D.vanLoef等人于2001年公开的LaBr3:Ce晶体，具有很高的光输出(>60000ph/MeV)、很短的衰减时间(<30ns)和很高的能量分辨率(约3％@662keV)，是一种性能极为优异的闪烁材料。已公开的其它稀土卤化物闪烁晶体还包括：CeBr3、LaCl3:Ce、LuI3:Ce、YI3:Ce、GdI3:Ce等，它们也都具有优异的闪烁性能。所有这些稀土卤化物闪烁晶体的发光中心都是Ce3+。现有技术采用碱土金属离子进行掺杂，可以进一步改善LaBr3:Ce晶体的能量分辨率和能量响应线性等性能。事实上，该方法也被用于改善Ce3+激活的硅酸镥和硅酸钇镥等晶体的性能。但碱土金属离子毕竟是一种异质杂质，与稀土离子存在半径和价态差异，这种掺杂易于引发晶体生长缺陷，且会因分凝现象而造成晶体不同部位碱土金属离子的掺杂浓度不一致，进而影响晶体性能的均匀性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过成分调控，进一步提升LaBr3:Ce闪烁材料的性能，从而获得综合性能更为优异的新材料，并依据该新材料进行不同场景的应用。为达到上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种稀土卤化物闪烁材料，该稀土卤化物闪烁材料的化学通式为RE1-mCemX3+n，其中RE为稀土元素La、Gd、Lu、Y中的一种，X为Cl、Br、I中的一种或两种，0.001≤m≤1，0.0001≤n≤0.1。进一步的，RE为La，X为Br。进一步的，RE为La，X为Cl。进一步的，RE为Gd，X为I。进一步的，RE为Lu，X为I。进一步的，RE为Y，X为I。进一步的，0.005≤m≤0.1，0.001≤n≤0.05。进一步的，m＝1，0.001≤n≤0.05。进一步的，所述稀土卤化物闪烁材料中同时含有Ce3+和Ce4+。进一步的，所述稀土卤化物闪烁材料为单晶体。进一步的，所述稀土卤化物闪烁材料采用布里奇曼法生长获得。本专利技术的第二方面提供了一种闪烁探测器，包括如前所述的稀土卤化物闪烁材料。本专利技术的第三方面提供了一种正电子发射断层扫描成像仪，包括如前所述的闪烁探测器。本专利技术的第四方面提供了一种伽马能谱仪，包括如前所述的闪烁探测器。本专利技术的第五方面提供了一种石油测井仪，包括如前所述的闪烁探测器。本专利技术的第六方面提供了一种岩性扫描成像仪，包括如前所述的闪烁探测器。本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：本专利技术所获得的稀土卤化物闪烁材料具有极佳的闪烁性能，综合性能明显优于常规的不掺杂溴化镧晶体，晶体均匀性则明显优于碱土金属离子掺杂的溴化镧晶体，同时晶体生长的成品率明显提高。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。本专利技术的第一方面提供了一种稀土卤化物闪烁材料。该稀土卤化物闪烁材料的化学通式为RE1-mCemX3+n，其中RE为稀土元素La、Gd、Lu、Y中的一种，X为Cl、Br、I中的一种或两种，0.001≤m≤1，0.0001≤n≤0.1。进一步地，RE和X的组合可以为以下几种：La和Br，La和Cl，Gd和I，Lu和I，Y和I。进一步的，0.005≤m≤0.1，0.001≤n≤0.05，进一步优选的，m＝1，0.001≤n≤0.05。上述稀土卤化物闪烁材料可以是粉末、陶瓷或单晶，但优选以单晶形态应用，单晶体可采用布里奇曼法生长获得。本专利技术的一个显著特征在于，本专利技术提供的稀土卤化物闪烁材料既含有Ce3+，也含有Ce4+，Ce离子的表观价态介于+3价和+4价之间。本专利技术正是通过调整稀土离子与卤素离子的比例，调控Ce4+的含量，从而实现对稀土卤化物闪烁材料的性能提升。本专利技术能够进一步改进LaBr3:Ce的掺杂改性方案，解决现有掺杂方案在LaBr3:Ce晶体中掺杂碱土金属离子异质所带来的易于引发生长缺陷和晶体闪烁性能一致性欠佳的问题。本专利技术实施例中使LaBr3:Ce中的卤素离子过量，偏离其与稀土离子3:1的化学计量比，诱发部分Ce3+基于电荷平衡而转化成Ce4+，从而起到改善晶体性能均匀性的效果，并有效避免因异质掺杂而带来的引发生长缺陷和分凝不均等问题。本专利技术实施例采用如下的方法以获得化学通式为La1-xCexBr3+y的稀土卤化物闪烁材料。方法之一：将生长LaBr3:Ce晶体所用的无水LaBr3、CeBr3原料在含有Br2蒸气的环境中加热，其可以吸收少量Br2蒸气而使得原料中Br与稀土离子的摩尔比大于3:1的化学计量比。通过控制Br2蒸气浓度和加热时间，可以获得不同Br富余量的溴化镧、溴化铈原料。采用这种富Br的溴化镧、溴化铈原料进行单晶生长，即可获得本专利技术所涉及的稀土卤化物闪烁材料。其中，稀土元素可选择为La、Gd、Lu、Y中的一种，X可选择为Cl、Br、I中的一种或两种。方法之二：先采用化学计量比的LaBr3、CeBr3原料生长获得符合化学计量比的LaBr3:Ce晶体，再将晶体在含有部分Br2蒸气的干燥惰性气体如Ar气中进行退火处理，从而使LaBr3:Ce晶体中的Br超出化学计量比，获得本专利技术所涉及的稀土卤化物闪烁材料。其中，稀土元素可选择为La、Gd、Lu、Y中的一种，X可选择为Cl、Br、I中的一种或两种。根据本专利技术的一个实施例，本专利技术所获得的稀土卤化物闪烁材料具有极佳的闪烁性能，综合性能明显优于常规的不掺杂溴化镧晶体，晶体均匀性则明显优于碱土金属离子掺杂的溴化镧晶体，同时晶体生长的成品率明显提高。将本专利技术的技术思路应用到CeBr3、LaCl3:Ce、LuI3:Ce、YI3:Ce、GdI3:Ce等其它的稀土卤化物闪烁材料中，发现也都具有良好的实施效果。需要说明的是，本专利技术中卤素离子的富余量n仅限于一个较小的范围。本专利技术中，卤素离子富余量的取值范围是0.0001≤n≤0.1，优选的范围是0.001≤n≤0.05。在本专利技术的范围内，晶体呈现无色或淡黄色，具有优异的闪烁性能。而过高的卤素离子富余量将导致晶体呈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，该稀土卤化物闪烁材料的化学通式为RE

【技术特征摘要】
1.一种稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，该稀土卤化物闪烁材料的化学通式为RE1-mCemX3+n，其中RE为稀土元素La、Gd、Lu、Y中的一种，X为Cl、Br、I中的一种或两种，0.001≤m≤1，0.0001≤n≤0.1。


2.如权利要求1所述的稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，RE为La，X为Br。


3.如权利要求1所述的稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，RE为La，X为Cl。


4.如权利要求1所述的稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，RE为Gd，X为I。


5.如权利要求1所述的稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，RE为Lu，X为I。


6.如权利要求1所述的稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，RE为Y，X为I。


7.如权利要求1-6任一项所述的稀土卤化物闪烁材料，其特征在于，0.005≤m≤0.1，0.001≤n≤0.05。


8.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：余金秋，罗亮，刁成鹏，崔磊，吴浩，何华强，
申请(专利权)人：有研稀土新材料股份有限公司，国科稀土新材料有限公司，河北雄安稀土功能材料创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11