本发明专利技术属于发光材料领域，具体涉及一种稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料及其制备和应用。本发明专利技术的探测材料的化学式为：(Lu1-x-yMxNy)BO3，其中，M选自以下掺杂离子中的一种：Gd3+，Y3+和La3+；N选自以下激活剂离子中的一种：Ce3+，Pr3+和Yb3+，且0.005≤x≤0.5，0.001≤y≤0.1。本发明专利技术的稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料，均可以粉体、块体或薄膜的形式应用于核医学成像(正电子发射层析摄影术PET)技术领域、X射线成像(如X射线计算机断层扫描CT)技术领域和安全检测技术领域等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发光材料领域，具体涉及一种稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料及其制备和应用。
技术介绍
辐射探测材料是一类能够吸收X射线、伽马射线或其它高能射线并将其转化为可见光的特种光功能材料，它与光电倍增管或硅光二极管耦合后制成的辐射探测器可应用于高能物理、核物理、核医学成像(如正电子发射层析摄影术PET、X射线计算机断层扫描CT)、 安全检查(如集装箱快速检查系统)和工业检测(如油井核探测，火箭，导弹等重要部件的无损伤探测)等领域。随着核技术由军用向民用领域的转移，对辐射探测材料的需求预计在21世纪将有更大的发展，这使得这类材料的研究和应用成为一个高产值的高新技术产业。目前使用的辐射探测材料主要是闪烁晶体，如Nal :T1、Csl :T1、PbffO4, Bi4Ge3O12 等，这些材料一般都以单晶体形式进行合成和应用。但由于单晶的制备不仅成本高、周期长，而且这些材料本身都存在这样或那样的不足，如Nal:Tl、Csl:Tl、Bi4Ge3O12的余辉太强、Nal:Tl, LaCl3ICe易潮解、PbffO4发光效率低等等。所以人们一直在致力于对新型闪烁材料的探索。最近，LuBO3 = Ce新型闪烁材料由于其具备高光输出、快衰减、高密度、高有效原子序数、不潮解等优点引起了人们的浓厚兴趣和广泛关注。如C. Mansuy等人利用溶胶凝胶法制备了掺杂Eu3+或Tb3+的LuBO3薄膜闪烁材料，研究发现当Eu3+或Tb3+掺杂浓度为0. 5at%时，该薄膜材料的光输出值达到最大且相当于广泛应用的BGO晶体的光输出指标(参见 C. Mansuy J. M. Nedelec, C. Dujardin, R. Mahiou, Concentration effect on the scintillationproperties of sol-gel derived LuBO3 doped with Eu3+and Tb3+， Optical Materials 29 (2007)697-702]Λ [G. Chadeyron-Bertrand, D.Boyer, C. Dujardin, C. Mansuy, R. Mahiou. Structural and scintillation properties of spray coated lutetium borate films doped with Ge3+and Eu3+Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 229(2005)232-239)；而最近日本学者通过掺制备得到(Lu，Sc) BO3:Ce的闪烁晶体材料，发现随着Ge3+浓度的增加衰减时间快分量与慢分量的比例不断增加且快分量为30ns，但其Ge3+最佳浓度掺杂的晶体的光输出仅约为BGO的60% (参见 Shun-Ichi Hatamoto,Takafumi Yamazaki,JunHasegawa,Masamichi Katsurayama, Motomi Oshika,Yutaka Anzai,Growth andscintillation properties of cerium doped lutetium scandium borate single crystals, Journal ofCrystal Growth 311 (2009)530-533)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料及其制备和应用。本专利技术采用如下技术方案解决上述技术问题一种稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料，该探测材料的化学式为(LUl_x_yMxNy)B03，其中，M选自以下掺杂离子中的一种Gd3+，Y3+和La3+ ；N选自以下激活剂离子中的一种Ge3+， Pr3+和％3+，且其中χ表示掺杂离子M的掺杂浓度，y表示激活剂离子N的掺杂浓度；χ和y 均表示摩尔比例，且满足0. 005 ^ χ ^ 0. 5,0. 001彡y彡0. 1。较佳的，所述χ的值优选为0. 0995，y的值优选为0. 0027。本专利技术还公开了所述稀士掺杂硼酸镥辐射探测材料的制备方法，包括如下步骤1)按比例称量各种原料后混合均勻制成配合料；2)将步骤1)中制得的配合料研磨混合均勻后，预压成型，然后将预压成型后的样品进行预烧；3)将步骤2、中预烧后的样品冷却后重新研磨，混合均勻后预压成型，然后将预压成型后的样品进行等静压处理；4)将步骤幻中经等静压处理后的样品在空气气氛下高温煅烧，然后冷却到室温后将样品研磨，即得到所述稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料。优选的，所述步骤1)中的原料包括氧化镥(Lu2O3)，硼酸(H3BO3)、掺杂元素氧化物和激活剂元素氧化物。进一步优选的，所述掺杂元素氧化物选自氧化钆(Gd2O3)、氧化钇(Y2O3)和氧化镧 (La2O3)中的一种。进一步优选的，所述激活剂元素氧化物选自氧化铈(CeO2)、氧化镨(Pr6O11)和氧化镱(Y2O3)中的一种。更优选的，所述步骤1)中的原料均为分析纯或化学纯级原料。优选的，所述步骤2)中的预烧为在坩埚中加盖预烧，预烧温度为800 1000°C，预烧时间为3 20小时。优选的，所述步骤2)和步骤3)中的预压成型的压力条件为10 20Mpa，保压时间为30 60s。优选的，所述步骤3)中的等静压处理的压力为160 200Mpa，等静压处理时间为 30s 120s。优选的，所述步骤4)中的高温煅烧的煅烧温度为1350 1550°C，煅烧时间为5 20小时。优选的，所述步骤2)和步骤4)中的冷却均为程序控温冷却，其具体步骤为以 2 5°C /min的降温速率，从煅烧保温结束后的样品温度降至室温。本专利技术所提出的高能射线激发的辐射探测材料是在LuBO3体系材料中掺入激活离子Ce3+，Pr3+, Yb3+，以及掺入基质离子Gd3+，Y3+，La3+。具体化学组成式为(LUl_x_yMxNy) BO3,其中M为Gd3+，Y3+，La3+掺杂离子，χ为掺杂离子含量，含量为0. 005彡χ彡0. 5 ;N为Ce3+, Pr3+,等激活剂离子，y为激活剂的含量，含量为0. 001 < y < 0. 1。本专利技术采用传统的固相合成方法，所用的原料为氧化镥，氧化钆，氧化钇或氧化镧，以及氧化铈(氧化镨，氧化镱)。 首先将原料按比例准确称量，将配置好的粉体研磨混合均勻后，在模具中以10 20Mpa预压成型，保压时间30 60s，将压好的薄片放入坩埚中，加盖预烧，温度为800 1000°C，煅烧时间3 20小时；预烧后程序控温冷却，取出样品重新研磨后，充分均勻混合后在模具中以10 20Mpa预压成型，保压时间30 60s，再将样品经过160 200Mpa等静压处理，保压时间30 120s ；将该薄片放入坩埚中，在空气条件下高温煅烧温度均为1350 1550°C， 保温时间5 20小时；待程序控温冷却到室温后取出样品研磨，即得该辐射探测材料。本专利技术的稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料，均可以粉体、块体或薄膜的形式应用于核医学成像(正电子发射层析摄影术PET)
、X射线成像(如X射线计算机断层扫描CT本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种稀土掺杂硼酸镥辐射探测材料，该探测材料的化学式为：（Ｌｕ１－ｘ－ｙＭｘＮｙ）ＢＯ３，其中，Ｍ选自以下掺杂离子中的一种：Ｇｄ３＋，Ｙ３＋和Ｌａ３＋；Ｎ选自以下激活剂离子中的一种：Ｃｅ３＋，Ｐｒ３＋和Ｙｂ３＋，且其中ｘ表示掺杂离子Ｍ的掺杂浓度，ｙ表示激活剂离子Ｎ的掺杂浓度；ｘ和ｙ均表示摩尔比例，且满足０．００５≤ｘ≤０．５，０．００１≤ｙ≤０．１。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁栋舟，吴云涛，任国浩，潘尚可，
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：31
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