一种发光金属卤化物闪烁体、制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种发光金属卤化物闪烁体、制备方法和应用，为红光/近红外发光金属卤化物闪烁体，具有如下组成通式：A4(B1‑

【技术实现步骤摘要】
一种发光金属卤化物闪烁体、制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体地说，涉及一种红光/近红光发光金属卤化物闪烁体及其制备方法。

技术介绍

[0002]闪烁体作为辐射探测材料的一种，可以将入射其中的高能粒子(α,β,γ辐射)或射线转化为低能光子束。随着高端医学影像、安检、石油探井、以及高能物理领域对核辐射探测器性能要求的日益提高，亟需开发出新型高性能闪烁体。
[0003]现存闪烁探测器由一个紫外
‑
可见波段发射的闪烁体与敏感接收波段为400
‑
440nm的光电倍增管(PMT)组成。大量的研究集中到了Ce
3+
,Eu
2+
激活的卤化物(氯、溴、碘)中，并且取得了令人印象深刻的进展，如LaBr3:Ce
3+
,Sr
2+
,SrI2:Eu
2+
,和CsBa2I5:Eu
2+
。其中LaBr3:Ce
3+
,Sr
2+
在137Cs辐照下的能量分辨率可达2％，是无机闪烁体能量分辨率的最优值。但是，这类Ce
3+
,Eu
2+
激活的卤化物闪烁体通常受到自吸收的影响，当其大尺寸应用时光输出和能量分辨率急剧劣化，限制了它们的进一步应用发展。此外，PMT普遍较弱的量子效率(QE，约26
‑
28％)限制了闪烁光的收集。上述两点使得现存闪烁探测器能量分辨率不佳。
[0004]硅基探测器，例如雪崩二极管(APD)，在长波段可提供约80
‑
90％的QE。在合适封装条件下，其QE甚至可以提高至98％。为了利用APD极高的量子效率，需要开发出一种在红光/近红外区域具有高效发光的新型闪烁体。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种红光/近红外发光金属卤化物闪烁晶体及其制备方法和应用，该闪烁体具有红光/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。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种发光金属卤化物闪烁体，为红光/近红外发光金属卤化物闪烁体，具有如下组成通式：A4(B1‑
y
‑
y
’
Yb
y
Sm
y
’
)X6、A(B1‑
y
‑
y
’
Yb
y
Sm
y
’
)2X5、A2(B1‑
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)X4、A(B1‑
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‑
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’
Yb
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Sm
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)X3或(B1‑
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‑
y
’
Yb
y
Sm
y
’
)X2，其中，A为Li、Na、K、Rb、Cs、In、Cu、Ag和Tl中的至少一种；B为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Sn和Pb中的至少一种；X为F、Cl、Br和I中的至少一种；0＜y≤1、0≤y
’
≤0.1。
[0007]优选的：所述A为Li、Na、K、Rb、Cs、In、Cu、Ag和Tl中的至少两种；B为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Sn和Pb中的至少两种；X为F、Cl、Br和I中的至少两种。
[0008]优选的：所述闪烁体为单晶闪烁晶体。
[0009]根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述的发光金属卤化物闪烁体的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，按组成通式称取各原料；
[0011]步骤2，在惰性干燥气体环境中，将各原料置于带有毛细底的石英坩埚中；然后把坩埚内抽为真空并焊封；
[0012]步骤3，将焊封好的石英坩埚竖直置于晶体生长炉的中间位置，采用坩埚下降法制备闪烁体。
[0013]优选的：所述步骤3中的坩埚下降法包括：对晶体生长炉进行升温，使温度超过熔点最高原料的熔点温度，保持该温度至原料完全熔化并混合均匀；调节坩埚位置与炉温，使坩埚底部温度降至闪烁晶体熔点，再以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制备完成的晶体。
[0014]优选的：所述步骤1中原料包括AX或BX2。
[0015]优选的：所述步骤2中的惰性干燥气体为氩气或氮气。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供了上述的发光金属卤化物闪烁体在中子探测、X射线探测或γ射线探测中的应用。
[0017]本专利技术的一种发光金属卤化物闪烁体，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，同时制备方法制备的晶体易于大尺寸制备，可匹配雪崩二极管或硅光电倍增管形成的探测器件，用于医学成像、安检、石油探井和工业检测等领域。
附图说明
[0018]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0019]图1为本专利技术实施例1
‑
4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；
[0020]图2为本专利技术实施例1
‑
4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；
[0021]图3为本专利技术实施例1
‑
4提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下的Yb的闪烁衰减时间，激发源为X射线，X射线管电压为40kV；
[0022]图4为本专利技术实施例1
‑
4提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下雪崩二极管评价的光输出值；
[0023]图5为本专利技术实施例1
‑
4提供的卤化物闪烁晶体在不同组份下雪崩二极管评价的能量分辨率；
[0024]图6为本专利技术实施例5
‑
8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；
[0025]图7为本专利技术实施例5
‑
8提供的另一卤化物闪烁晶体在不同组份下的X射线激发发射谱。
具体实施方式
[0026]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
[0027]在本专利技术的实施例中，提供了一种发光金属卤化物闪烁体，具有如下组成通式：(A1‑
x
A
’
x
)4(B1‑
y
‑
y
’‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光金属卤化物闪烁体，其特征在于，为红光/近红外发光金属卤化物闪烁体，具有如下组成通式：A4(B1‑
y
‑
y
’
Yb
y
Sm
y
’
)X6、A(B1‑
y
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)2X5、A2(B1‑
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)X4、A(B1‑
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)X3或(B1‑
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’
)X2，其中，A为Li、Na、K、Rb、Cs、In、Cu、Ag和Tl中的至少一种；B为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Sn和Pb中的至少一种；X为F、Cl、Br和I中的至少一种；0＜y≤1、0≤y
’
≤0.1。2.根据权利要求1所述的发光金属卤化物闪烁体，其特征在于：所述A为Li、Na、K、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云涛，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：