一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术属于发光材料技术领域，公开了一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷及其制备方法。杂化金属卤化物的化学组成式为Or

【技术实现步骤摘要】
一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及发光材料领域，具体涉及一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]闪烁体是指将高能X射线或离子转化成紫外
‑
可见光的媒介材料，在核医学成像、安全检查、空间探测以及高能物理等领域具有广泛应用。然而目前闪烁晶体普遍存在灵敏度低、成像伪影残留、制备工艺复杂以及成本高等痛点问题。近年来，零维金属卤化物以其优异的光学特性，如大的吸收系数、高外量子效率、及宽斯托克斯位移等，以及低成本、大规模、简单易行的合成方法促使其成为闪烁方面最具竞争力的半导体材料之一。事实上，金属卤化物闪烁体存在易吸潮、易氧化等稳定性问题以及难以制备大面积高透性块体等问题。目前，对于金属卤化物大面积块体材料的制备，主要集中于有机复合膜的制备(Highly efficient eco
‑
friendly X
‑
ray scintillators based on an organic manganese halide.Nat.Commun.2020,11,4329)，然而其复合膜的不均匀性以及不适配性严重影响了其透明性，进而阻碍了其在X射线成像领域的应用。
[0003]因此，寻找适用于闪烁用的金属卤化物体系，结合先进的制备工艺、组分和结构调控等策略，进一步提升闪烁性能、大面积成像以及稳定性是目前金属卤化物闪烁领域的难点和热点。这一研究对于金属卤化物在闪烁领域的实际应用具有重要的科学意义。
专利技术内容
[0004]针对以上现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的之一是开发一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷材料。该材料展现了高的高能辅射吸收系数以及高的光产额等优异的闪烁性能和温度稳定性，解决了目前闪烁晶体难以生长、透光性差等关键问题。
[0005]本专利技术的目的之二是提供一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷的制备方法。该制备方法简单、易于操作、设备成本低且无污染。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷，杂化金属卤化物的化学组成式为Or
u
M
v
X
w
。
[0008]其中Or为四苯基溴化膦，三苯基膦，苄基三甲基卤化物，苄基三乙基卤化物，苄基三丁基卤化物，1
‑
甲基
‑1‑
乙基溴化吡咯烷的有机配体中的一种或几种；
[0009]M为Mn，Zn，Pb，Sb，Bi的一种或几种；
[0010]X为Cl，Br，I的一种或几种；
[0011]u，v，w分别表示Or，M，X的摩尔含量，其中1＜u＜3，1＜v＜3，3＜w＜5。
[0012]本专利技术提供了一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将金属M的卤化物、氧化物或碳酸盐和有机配体Or按摩尔比1:(1～4)溶于溶剂中，在加热搅拌作用下至完全溶解，加热温度为60～150℃，反应时间为0.5～6h；
[0014](2)将步骤(1)溶解后的溶液在反溶剂的作用下静置12～24h，待析出晶体或粉末；
[0015](3)通过抽滤分离出步骤(2)析出的晶体或粉末，再在40～80℃下真空干燥6～24h，得到籽晶或粉末；
[0016](4)将步骤(3)所得的粉末加入质量分数为10％～40％的溶液，所用溶液为N,N
‑
二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，高纯水中的一种或几种，充分混合均匀，得到粉体；
[0017](5)在步骤(4)所得的粉体中加入步骤(3)所得的籽晶，然后将其加入模具中，在加压加热作用下压制成陶瓷片，保温后即得到高透金属卤化物陶瓷。
[0018]进一步地，步骤(1)所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺，二甲基亚砜中的一种或几种，所述金属M的卤化物、氧化物或碳酸盐与溶剂的摩尔体积比为1:2～1:5mmol/mL。
[0019]进一步地，步骤(2)所述反溶剂为丙酮，乙醇，乙醚中的一种或几种。
[0020]进一步地，步骤(5)所述压制陶瓷过程中，加压加热的压力为100～250MPa，温度为100～180℃，保温时间为1～12h。
[0021]本专利技术很好地结合了新型的低温烧结技术(冷烧结)以及金属卤化物低熔点的特点。在烧结过程中液相溶剂的主要作用为溶解粉末表面，然后在籽晶诱导的作用下溶解的粉末重新定向地沉淀结晶，导致了陶瓷单一的取向，从而实现了透明性的增加以及大面积的制备。这种高透性的陶瓷，减少了辐射荧光在陶瓷内部的光散射和损失，实现了高效的闪烁性能和高分辨的闪烁成像。
[0022]本专利技术还提供了一种X射线成像装置。所述装置包括X射线管、闪烁体、电荷耦合器件(CCD)；其中，所述闪烁体为上述制备方法得到的高透金属卤化物陶瓷。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0024](1)本专利技术利用低维金属卤化物，实现高效的光致发光和闪烁性能以及较好的温度稳定性，并通过简单的溶剂
‑
反溶剂法制备合成固溶体；
[0025](2)本专利技术制备的大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷材料，该材料具有优于商业化闪烁体的光产额，以及优异的稳定性；
[0026](3)本专利技术制备的大面积金属卤化物陶瓷，可以通过简单的工艺实现直径约5cm的圆片，这远远大于目前通过溶液法制备的金属卤化物单晶，有利于实现大面积的闪烁成像；
[0027](4)本专利技术制备的大面积金属卤化物陶瓷，具有良好的透光性，这种透明的陶瓷材料可以减少成像过程中光的散射，有利于实现高分辨的闪烁成像；
[0028](5)本专利技术实现的大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷的制备工艺，易于操作，重复性好，设备成本低且无污染，可产生巨大的社会效益和经济效益，适合普遍推广使用。
附图说明
[0029]图1是实施例1
‑
4所制备(C
24
H
20
P)2MnBr4粉末XRD衍射图；
[0030]图2是实施例1
‑
4所制备(C
24
H
20
P)2MnBr4晶体的激发和发射光谱图；
[0031]图3是实施例1
‑
4所制备(C
24
H
20
P)2MnBr4晶体以及商业化CsI(Tl)和LuAG:Ce晶体在X射线激发下的辅射光谱图以及(C
24
H
20
P)2MnBr4的检测限拟合结果；
[0032]图4是实施例9所制备(C
24
H
20
P)2MnBr4陶瓷的方法示意图；
[0033]图5是金属卤化物陶瓷不同烧结方式的微观结构示意图；
[0034]图6是实施例9所制备(C
24...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷，其特征在于，杂化金属卤化物的化学组成式为Or
u
M
v
X
w
，其中Or为四苯基溴化膦，三苯基膦，苄基三甲基卤化物，苄基三乙基卤化物，苄基三丁基卤化物，1
‑
甲基
‑1‑
乙基溴化吡咯烷的有机配体中的一种或几种；M为Mn，Zn，Pb，Sb，Bi的一种或几种；X为Cl，Br，I的一种或几种；u，v，w分别表示Or，M，X的摩尔含量，其中1＜u＜3，1＜v＜3，3＜w＜5。2.一种权利要求1所述的大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金属M的卤化物、氧化物或碳酸盐和有机配体Or溶于溶剂中，在加热搅拌作用下至完全溶解；(2)将步骤(1)溶解后的溶液在反溶剂的作用下静置，待析出晶体或粉末；(3)通过抽滤分离出步骤(2)析出的晶体或粉末，再进行真空干燥，得到籽晶或粉末；(4)在步骤(3)所得的粉末中加入溶液，充分混合均匀，得到粉体；(5)在步骤(4)所得的粉体中加入步骤(3)所得的籽晶，然后将其加入模具中，在加压加热作用下压制成陶瓷片，保温后即得到高透金属卤化物陶瓷。3.根据权利要求2所述的一种大面积高透金属卤化物闪烁陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属M的卤化物、氧化物或碳酸盐与有机配体Or的摩尔比为1:(1～4)。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏志国，韩凯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：