一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体及其制备方法和应用。近红外发光金属卤化物闪烁晶体的通式为：(A1‑

【技术实现步骤摘要】
一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体及其制备方法和应用，属于闪烁材料


技术介绍

[0002]闪烁体是一种能将高能射线或粒子转化为可见光或紫外光的材料，在辐射探测领域有着广泛的应用。随着国土安全、核医学成像以及高能物理等应用领域对辐射探测材料性能要求的不断提高，亟须开发出新型高性能闪烁体。
[0003]在过去的20年中，国际上的研究重点一直放在Ce
3+
和Eu
2+
激发的金属卤化物上，如LaBr3:Ce
3+
和SrI2:Eu
2+
。这两种材料都能达到2.6％@662keV的高能量分辨率。在2013年，LaBr3:Ce,Sr中662keV处的能量分辨率提高至2.0％，几乎达到了泊松统计决定的能量分辨率极限。为了获得＜2％的能量分辨率，检测到的光子数量要大得多，这需要在闪烁体研究中采用新方法。为了获得最高的光输出量，必须将一个小带隙闪烁体与一个高度灵敏的光电探测器结合使用。目前常见的光电探测器主要包括双碱性光电倍增管(PMT)，雪崩光电二极管(APD)和硅光电倍增管。常见的商用闪烁体发光波长均位于紫外或蓝色光谱范围，包括NaI:Tl、LaBr3:Ce、CeBr3和SrI2:Eu等。这些闪烁体的发光与PMT的400～440nm之间的最大灵敏度非常匹配，但只能达到26
‑
28％的中等量子效率(QE)。而现代的大面积APD硅光电探测器在600
>‑
800nm左右的波长下具有最高灵敏度，可提供高达80～90％的量子效率。APD的QE主要受硅反射率的限制，通过使用适当的闪烁体封装使闪烁光向尽可能向APD反射，有效量子效率甚至可以提高到98％左右。为了匹配此高QE，需要开发一种近红外区域具有高效发光的新型的闪烁体。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题和需求，本专利技术旨在提供一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体及其制备方法和应用，该闪烁体今天具有近红外发光，高能量分辨率和高光输出等优势，可在辐射探测领域广泛应用。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体，所述近红外发光金属卤化物闪烁晶体的组成通式为：(A1‑
x
A
’
x
)4(B1‑
y
‑
y
’‑
y”B
’
y
Eu
y
’
Sm
y”)(X1‑
z
X
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X
’
z
)4；其中，A、A
’
＝Li、Na、K、Rb、Cs、In和Tl中的至少两种；B、B
’
＝Mg、Ca、Sr和Ba中的至少两种；X、X
’
＝F、Cl、Br和I中的至少两种；0≤x≤1、0≤y≤1、0＜y
’
≤1、0＜y”≤0.1、0≤z≤1。
[0006]在本专利技术中，利用Eu
2+
、Sm
2+
共掺杂策略，制备得到一种具有近红外发光、高能量分辨率和高光输出的闪烁体在辐射探测领域有着非常重要的价值。
[0007]第二方面，本专利技术提供了一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体的制备方法，采用坩埚下降法制备近红外发光金属卤化物闪烁晶体。
[0008]较佳的，所述坩埚下降法的工艺步骤包括：
(1)按近红外发光金属卤化物闪烁晶体的组成通式称取AX、BX2、A
’
X、B
’
X2、AX
’
、BX
’2、A
’
X
’
、B
’
X
’2并混合，得到原料粉体；(2)在惰性气体环境中，将原料粉体装载到带有毛细结构的石英坩埚中，在10
‑2～10
‑7Pa真空度、100～300℃下烘料6～72小时，降温后采用氢氧焊枪将石英坩埚焊封；(3)将焊封好的石英坩埚竖直置于晶体生长炉的中间位置；对晶体生长炉进行升温，熔化原料粉体至完全熔合并混合均匀；(4)调节坩埚位置与炉温，使坩埚底部温度降至近红外发光金属卤化物闪烁晶体的熔点温度，以0.1～10.0mm/h的下降速度使石英坩埚在炉体内下降，晶体从坩埚毛细底开始成核并生长，直至熔体完全凝固；然后缓慢降至室温，最后从石英坩埚中取出晶体。
[0009]较佳的，所述原料粉体的纯度≥99.9wt％。
[0010]较佳的，所述惰性气体环境为充满氩气或氮气的手套操作箱。
[0011]第三方面，本专利技术提供了一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体的应用，其特征在于，所述近红外发光金属卤化物闪烁晶体匹配雪崩二极管或硅光电倍增管形成的探测器件。
[0012]第四方面，本专利技术提供了一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体在X射线、γ射线或中子的探测和成像领域中的应用。
[0013]有益效果：该近红外发光金属卤化物闪烁镜头体具有近红外发光、能够匹配雪崩光电二极管的高量子效率区域从而具有高能量分辨率、高光输出等优势，同时晶体易于大尺寸制备。可用于医学成像、安检、石油探井和工业检测等领域。
附图说明
[0014]图1中a至c为本专利技术提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下的晶锭及样品照片；图2为本专利技术提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下的X射线激发发射谱；图3中a至c为本专利技术提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下的荧光衰减时间，激发波长370nm，监测发射波长442nm；图4中a至b为本专利技术提供的卤化物闪烁晶体在不同激发波长下的荧光衰减时间；图5为本专利技术提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下的X射线余辉谱；图6中a至c为本专利技术提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下的晶锭及样品照片。
具体实施方式
[0015]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0016]在本公开中，近红外发光金属卤化物闪烁晶体具有如下组成通式：(A1‑
x
A
’
x
)4(B1‑
y
‑
y
’‑
y”B
’
y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外发光金属卤化物闪烁晶体，其特征在于，所述近红外发光金属卤化物闪烁晶体的组成通式为：(A1‑
x
A
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=Li、Na、K、Rb、Cs、In和Tl中的至少两种；B、B
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= Mg、Ca、Sr和Ba中的至少两种；X、X
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=F...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云涛，成双良，闻学敏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：