一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料及其制备方法。一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，所述的材料化学组成表达式为：Gd2‑

【技术实现步骤摘要】
一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料及其制备方法

：
[0001]本专利技术涉及稀土功能材料
，具体涉及一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料及其制备方法。

技术介绍
：
[0002]核测井技术是现代资源勘探的重要手段，其可以准确地划分岩性；测定孔隙率；实时监测地层油、气、水界面的移动和剩余油与气饱和度的变化，为国家的资源和能源安全提供重要支撑。
[0003]随着浅层资源的逐渐耗竭，深地资源的勘探变得越来越重要，这是因为全球有约20％的资源分布在超过6000
‑
7000米的深地层中，而我国有约30％的资源分布在这个范围，塔里木占的比例可能超过60％。顺北油气田基地位于塔里木盆地大漠深处，这个基地已经打出了超过9000米深的井。如此深的井对核测井技术提出了非常高的要求：即要求闪烁体材料在高温下(＞175℃)必须仍保持很高的光输出，以满足灵敏度的需求。当前仍普遍使用的NaI:Tl晶体已不能满足远期要求。
[0004]铈激活的稀土硅酸盐可满足如此苛刻的要求，比如正交相的Gd2Si2O7:Ce
3+
。但由于Gd2Si2O7的非同成分熔融问题(如图1所示)，其晶体材料无法采用提拉法进行生长，而需要使用熔盐辅助的顶部籽晶法进行生长，从而面临生长技术难、周期长和成本高的问题。通过La
3+
共掺以稳定Gd2Si2O7，可获得近同成分熔融的三斜或单斜相(Gd,La)2Si2O7:Ce
3+
晶体。值得注意的是共掺高浓度La
3+
(>20at％)会降低了原Gd2Si2O7:Ce
3+
的光输出和辐射发光热稳定性。因此，亟待解决该问题。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术解决了现有技术存在的问题，提供一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料及其制备方法，本专利技术通过Gd2Si2O7:Ce
3+
中共掺Lu
3+
显著地改善了Gd2Si2O7的非同成分熔融的的缺点，且不会显著降低原Gd2Si2O7:Ce
3+
的辐射发光强度，且本专利技术提出的铈激活的稀土硅酸盐闪烁材料具有优异的辐射发光强度，拓宽了其在核测井或核医学影像等辐射探测成像上的应用。
[0006]本专利技术的目的是提供一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，所述的材料化学组成表达式为：Gd2‑
x
‑
y
Lu
x
Si2O7:Ce
y
，且x的取值范围为0.2≤x≤0.6和1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.001≤y≤0.05。
[0007]本专利技术公开的Gd2‑
x
‑
y
Lu
x
Si2O7:Ce
y
稀土闪烁材料，同时含有Gd、Lu和Ce三种稀土元素，(Gd+Lu+Ce)：Si：O的比例为2：2：7。x的取值范围为：0.2≤x≤0.6和1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.001≤y≤0.05。依据Lu
3+
含量的不同，材料具有不同的晶体结构，但都区别于日本专利中公布的所谓的烧绿石矿物(pyrochlore)结构(Gd,La)2Si2O7。在Lu
3+
含量为0.2≤x≤0.6时，材料具有正交结构，这区别于现有技术CN105969354A和Physica B 2017,527,21
–
23公开的三斜结构(Gd
0.9
Lu
0.1
)2Si2O7(类似于Eu2Si2O7和(Gd,La)2Si2O7的晶体结构)。共掺
Lu
3+
改善了Gd2Si2O7的非同成分熔融问题(如图2所示)，且不会显著降低原Gd2Si2O7:Ce
3+
的辐射发光强度(如图3所示)，这非常有益于获得性能优异的大单晶材料。
[0008]优选地，当x的取值范围为0.2≤x≤0.6，y的取值范围为0.001≤y≤0.05时，所述的材料具有正交结构，空间群Pnma，晶胞参数的范围为：料具有正交结构，空间群Pnma，晶胞参数的范围为：α＝β＝γ＝90
°
，密度ρ＝5.61～5.78g/cm3；当x的取值范围为1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.001≤y≤0.05时，所述的材料具有单斜结构空间群P21/c，晶胞参数的范围为：/c，晶胞参数的范围为：α＝γ＝90
°
，β＝137.395～137.370
°
，密度ρ＝5.99～6.01g/cm3。
[0009]优选地，x的取值范围为0.2≤x≤0.6和1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.001≤y＜0.002。
[0010]优选地，x的取值范围为0.2≤x≤0.6和1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.002＜y≤0.05。
[0011]优选地，x的取值范围为0.2≤x≤0.6时，y的取值范围为0.01≤y≤0.05，x的取值范围为1.2≤x≤1.25时，y的取值范围为0.01≤y≤0.04。
[0012]进一步优选，所述的材料选自如下材料中的一种以上：Gd
1.78
Lu
0.2
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
1.59
Lu
0.4
Si2O7:Ce
0.01
、Gd
1.385
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.015
、Gd
1.38
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
0.75
Lu
1.2
Si2O7:Ce
0.05
、Gd
0.73
Lu
1.25
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
1.57
Lu
0.4
Si2O7:Ce
0.03
、Gd
1.37
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
1.385
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.015
、Gd
1.48
Lu
0.5
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
1.385
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.015
、Gd
1.385
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.015
和Gd
1.385
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.015
。
[0013]本专利技术还保护上述铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料的制备方法，采用高温固相法合成，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，其特征在于，所述的材料化学组成表达式为：Gd2‑
x
‑
y
Lu
x
Si2O7:Ce
y
，且x的取值范围为0.2≤x≤0.6和1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.001≤y≤0.05。2.根据权利要求1所述的铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，其特征在于，当x的取值范围为0.2≤x≤0.6，y的取值范围为0.001≤y≤0.05时，所述的材料具有正交结构空间群Pnma，晶胞参数的范围为：α＝β＝γ＝90
°
，密度ρ＝5.61～5.78g/cm3；当x的取值范围为1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.001≤y≤0.05时，所述的材料具有单斜结构空间群P21/c，晶胞参数的范围为：数的范围为：α＝γ＝90
°
，β＝137.395～137.370
°
，，密度ρ＝5.99～6.01g/cm3。3.根据权利要求1或2所述的铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，其特征在于，x的取值范围为0.2≤x≤0.6和1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.001≤y＜0.002。4.根据权利要求1或2所述的铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，其特征在于，x的取值范围为0.2≤x≤0.6和1.2≤x≤1.25，y的取值范围为0.002＜y≤0.05。5.根据权利要求1所述的铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，其特征在于，x的取值范围为0.2≤x≤0.6时，y的取值范围为0.01≤y≤0.05，x的取值范围为1.2≤x≤1.25时，y的取值范围为0.01≤y≤0.04。6.根据权利要求1或5所述的铈激活的稀土硅酸盐无机闪烁材料，其特征在于，所述的材料选自如下材料中的一种以上：Gd
1.78
Lu
0.2
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
1.59
Lu
0.4
Si2O7:Ce
0.01
、Gd
1.385
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.015
、Gd
1.38
Lu
0.6
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
0.75
Lu
1.2
Si2O7:Ce
0.05
、Gd
0.73
Lu
1.25
Si2O7:Ce
0.02
、Gd
1.57
Lu
0.4
Si2O7:Ce
0.03
、Gd<...

【专利技术属性】
技术研发人员：林利添，陈鹏允，杨鸣名，倪海勇，张秋红，姜伟，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：