[發明專利]氟離子摻雜氯化鑭鈰閃爍材料

有效

• 申請號: 200710042359.5
• 申請日: 2007-06-21
• 公開（公告）號: CN101074377A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 任國浩;裴鈺;陳曉峰;沈勇;李中波;陸晟
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C09K11/85
• 分類號: C09K11/85
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氟離子摻雜氯化鑭鈰閃爍材料及其應用，屬于閃爍材 料領域。

技術背景

鈰摻雜氯化鑭(LaCl₃:Ce)是在1999年由荷蘭科學家O.Guillot 等發現的一種新型閃爍晶體，屬于六方晶系，空間群為P6₃/m，密度 為3.86g/cm³，熔點為859℃。當時，他們采用爐體相對坩堝垂直移 動的Bridgman方法生長出了體積為φ5×40mm³的LaCl₃:0.57％Ce的晶 體。2002年，C.P.Allier等用雪崩二極管測得φ8×2.5mm³的LaCl₃:Ce 晶體在662keV?γ-射線激發下的光輸出高達46000±5000ph/MeV，能 量分辨率3.2％，快衰減(25ns)，好的時間分辨率(224ps)，好的線 性響應和小的余輝等。其優異的閃爍性能預示它們將在核醫學成像 (PET，SPECT等)、安全檢查、地質勘探、油井探測等方面都有非常廣 闊的應用前景。

2003年，K.S.Shah等學者利用石英坩堝，采用真空密封和化學 反應的方法處理原料，用Bridgman法生長出尺寸約為2.5cm³的 LaCl₃:Ce晶體。但是由于原料中存在的結晶水和水在高溫下的氧化、 揮發性等原因，在晶體生長過程中易造成石英坩堝的炸裂，導致生長 失敗。此外，對于原料中的水或其它含氧雜質還會與LaCl₃反應，形 成氯氧化鑭(LaOCl)，從而使晶體失透和閃爍性能下降。2005年， 一種經改進的非真空坩堝下降法生長氯化鑭(LaCl₃)晶體的方法實 現了該晶體在大氣條件下的生長，為低成本制備該晶體奠定了基礎。

對于氯化鑭晶體，一個致命的弱點就是易潮解。晶體表面一旦與 空氣接觸便迅速溶解，形成水溶液，從而給性能研究和實際應用帶來 不少難題。通常，國際上對付易潮解晶體的解決辦法是采用在晶體表 面鍍膜或真空封裝等措施，這些辦法不僅工藝復雜，成本高，而且一 旦晶體表面受到磨損，潮解作用便迅速蔓延。鑒于氯化鑭晶體良好的 閃爍性能，如何有效地克服其潮解性能自然成為國內外眾多科研人員 的研究目標。但時至今日，但沒有找到比較好的解決辦法。

本發明從氯化鑭晶體產生潮解的物理化學機理入手，根據化學成 分和晶體結構對表面力的影響，試圖從根本上克服該晶體的潮解問 題。

本發明的核心是：在晶體生長過程中，摻入CeF₃、YF₃、LaF₃、BaF₂、 CaF₂等含氟離子(F^-)，增加陰離子的極化能力，從而降低晶體的潮解 性，采用非真空坩堝下降法生長出閃爍性能穩定且抗潮解性強的氟氯 化鑭晶體。

發明內容

本發明涉及一種潮解性能改善的氟氯化鑭摻鈰(LaCl_3(1-X)F_3X:Ce) 材料，這種材料具有小的衰減時間常數，高的光輸出和好的能量分辨 率，且這些參數與氯化鑭摻鈰(LaCl₃:Ce)材料基本相當。與氯化鑭 摻鈰(LaCl₃:Ce)相比，這種氟氯化鑭摻鈰(LaCl_3(1-X)F_3X:Ce)材料的 突出特點是抗潮解性能得到了明顯提高，即便在空氣中放置很長時 間，材料的表面依然能夠保持比較好的化學穩定性和物理光澤，從而 大大拓寬了該材料的使用空間和應用領域。

這種材料是在氯化鑭摻鈰晶體生長過程中引入含氟離子的無機 化合物，首先是Ce_xLaCl_3(1-x)F_3x，其中x是置換Ce的摩爾比，這里x 大于或等于0.01摩爾％，小于50摩爾％，甚至小于或等于20摩爾 ％。

其次組成為M_xCe_zLa_(1-x-z)Cl_3(1-x)F_y的無機閃爍材料。