專利名稱：新型閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種新型的閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體，并涉及到該系列晶體的原料合成與晶體生長工藝。
背景技術：
閃爍晶體可以做成探測器，在高能物理、核物理、影像核醫學診斷(XCT、PET)、地質勘探、天文空間物理學以及安全稽查等領域中有著巨大的應用前景。隨著核科學技術以及其它相關技術的飛速發展，其應用領域在不斷的拓寬。不同應用領域對無機閃爍體也提出了更多更高的要求。傳統的NaI(Tl)、BGO等閃爍晶體已經無法滿足新的應用領域的特殊要求。
人們正在探索適用于不同應用領域的新型優良閃爍晶體。這些新型閃爍晶體可能在綜合性能與生產成本上，與現有成熟的NaI(Ti)、BGO等傳統閃爍晶體差距較大。但人們希望它們能夠在某些方面具有特別性能和用途，滿足不同應用領域的特殊要求。對這些新晶體的基本要求就是物理化學性能穩定、高密度、快發光衰減、高發光效率、高輻照硬度和低成本。作為優秀的閃爍晶體除應具有好的發光特性和穩定性外，還需要一定的尺寸和光學均勻性。
目前閃爍晶體的發展趨勢是圍繞高輸出、快響應、高密度等性能為中心，開展新型閃爍晶體的探索研究。通過離子取代，改善現有閃爍晶體的某些不足，提高其閃爍性能，降低其生長難度。優化晶體生長工藝，進行工程化生長研究，降低生長成本。研究晶體的缺陷與其閃爍性能之間的相互關系。通過減少晶體中的各種缺陷，提高晶體的光學均勻性，來改善其閃爍性能。探索新的晶體基質的新型閃爍晶體的研究。
Ce3+離子5d→4f能級的允許躍遷能產生幾十納秒的快衰減熒光。通過摻入Ce離子實現閃爍性能，是新型閃爍晶體探索研究熱點。目前人們已經通過在硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等晶體基質中摻入Ce離子，獲得許多新型閃爍晶體，比如Ce∶LSO、Ce∶LuAP、Ce∶GSO、Ce∶YSO、Ce∶YAP。它們具有高的光輸出，快衰減等特點，作為閃爍探測材料，對提高探測器的時間、空間分辨率，小型化和多功能化具有重要意義。目前盡管摻Ce高溫閃爍晶體的研究取得了很大的成功，但它們還存在許多問題，比如自吸收現象、熔點高、生長困難、高純原料價格昂貴等，大大制約了它們的應用。
目前國內外尚未有摻鈰釩酸鹽晶體的相關報道。
發明內容
本發明是采用通過固相合成方法或液相合成方法在高溫下燒結獲得摻鈰釩酸鹽化合物，采用提拉法生長出摻鈰釩酸鹽晶體的。摻鈰釩酸鹽晶體的分子式為Cex∶Ln(1-x)VO4，(x范圍在0.001＜x＜1)，晶格熔點為1800～1900℃，鋯石型結構，空間群為D4h19-I41/amd。
具體實施例方式
實施例一固相原料合成方法合成原料假設合成摻Ce濃度為2％的Ce0.02∶Y0.98VO4晶體原料，即選取x＝0.02，按照反應式
按照0.02∶0.98∶1的摩爾比，分別稱取純度為99.99％的Ce2O3、Y2O3和V2O5原料6.6克、221.3克、191.9克，將這三種原料都倒入瑪瑙輾缽中，混合均勻，壓成片狀；然后裝入鉑坩堝，放入在馬弗爐中，在1200℃下燒結12小時，冷卻后取出，就成為Ce0.02∶Y0.98VO4多晶原料。
實施例二液相原料合成方法合成原料假設合成摻Ce濃度為2％的Ce0.02∶Re0.98VO4晶體原料，即選取x＝0.02，按照反應式
按照0.02∶0.98∶1的摩爾比，分別稱取純度為99.99％的Ce2O3、Y2O3和NH4VO3原料6.6克、221.3克、116.9克。然后將Ce2O3、Y2O3一齊溶解稀酸溶液中，將偏釩酸銨溶解到稀氨水溶液中。將兩種溶液同時緩慢加入一個大的塑料桶中。在該過程中不停攪拌，使溶液混合均勻，反應完全；同時根據混合溶液的PH值，加入適量的稀氨水或稀酸溶液，保證混合溶液的酸度控制在6.8～7.2間。然后將中反應生成Ce0.02∶Y0.98VO4沉淀，經過離心、烘干、球磨、壓片、燒結后，就成為Ce0.02∶Y0.98VO4多晶原料。
實施例三晶體生長采用國產DJL-400型引上法單晶生長爐，25KW晶閘管中頻感應電源加熱，雙鉑銠(Pt/Rh30-Pt/Rh10)熱電偶，英國歐陸818型溫度調節器，控溫精度達±0.1℃。
典型的晶體生長參數為表1 提拉法生長釩酸鹽晶體的技術參數
步驟1 晶體生長前的準備工作包括爐膛的清潔處理，化料，籽晶對中以及給爐內充入保護氣氛。
步驟2引晶、收頸與放肩將籽晶引近液面，穩定一段時間(約10min)后，進行引晶。提拉一個小時后，調節溫度使晶體逐漸往徑向長大(放肩)。
步驟3直徑的控制當晶體放肩至既定直徑(例40mm)時，采用適量升溫，以控制晶體直徑的繼續增大。這樣，晶體的生長界面會逐漸地高出液面1～2mm，控徑完成。
步驟4晶體等徑生長生長過程中必須根據生長情況，調節溫度，控制晶體的等徑生長。
步驟5收徑過程當晶體長到預定的長度，需要停止生長時，保持拉速不變，改用較大升溫速率(如3～40℃/h)繼續提拉后，晶體尾部成平界面或微凸面，很快就會脫離液面，隨后停止提拉，轉入退火階段。
步驟6爐內退火在高溫區(1750～1200℃)內，我們采用10～20℃/h的降溫速度。在1200℃以下，一般采用30～40℃/h降溫速度。
步驟7爐外退火將晶體裝在Al2O3剛玉堝中，放入馬弗爐中，在大氣氣氛下高溫、長時間退火。通常以10-50℃的速率升溫或降溫，在1200℃時恒溫12小時。
權利要求
1.新型閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體材料，其特征在于其分子式為Cex∶Ln(1-x)VO4，其中Ln是Lu、Y、Gd、La四種元素之一，或者是其中兩種或兩種以上元素。其中x是Ce置換Ln的摩爾比，這里的x范圍在0.001＜x＜1。
2.如權利要求1的晶體材料，其特征在于該晶體材料為鋯石型結構，空間群為D4h19-I41/amd；熔點高于1800℃，單胞參數、密度、硬度隨Ln的不同而有較大差別；在空氣中不潮解，并有良好的機械性能。
3.如權利要求1所述的晶體材料，其特征在于該晶體為單晶體或多晶體或粉末材料。
4.一種權利要求1的晶體材料的制備方法，其特征在于用固相合成方法或液相合成方法，通過高溫下燒結，獲得Ce:LnVO4化合物，用純熔體提拉法生長晶體的方法。
5.一種權利要求2的晶體材料的制備方法，其特征在于采用不同的鈰、稀土、釩化合物，使用固相合成方法或液相合成方法在高溫下燒結獲得Ce:LnVO4化合物。
6.一種權利要求1的晶體材料的用途，其特征在于該閃爍晶體作為閃爍探測器的部件，用于在高能物理、核物理、影像核醫學診斷、地質勘探、天文空間物理學以及安全稽查等領域中。
全文摘要
一種新型閃爍晶體摻鈰釩酸鹽晶體材料涉及晶體材料制備領域。該晶體材料分子式為Ce
文檔編號C30B15/00GK1779000SQ20041009754
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月25日 優先權日2004年11月25日
發明者吳少凡 申請人:中國科學院福建物質結構研究所