[發明專利]一種鈰離子摻雜的鎢酸釓鈉晶體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911193491.5
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110878426A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 熊巍;陳良;周堯;袁暉
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所;上海硅酸鹽研究所中試基地
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B11/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種鈰離子摻雜的鎢酸釓鈉晶體及其制備方法和應用，所述鎢酸釓鈉晶體中摻雜有Ce³⁺，其化學式為Ce³⁺:NaGd(WO₄)₂，Ce³⁺的摻雜量為0.05～0.8 mol%。

技術領域

本發明涉及一種鈰離子摻雜的鎢酸釓鈉(NaGd(WO₄)₂，簡稱NGW)晶體及其制備方法和閃爍發光性質，屬于閃爍晶體材料領域。

背景技術

近年來，無機閃爍晶體在核醫學成像、高能物理、油井勘探、安全稽查等方面得到廣泛應用，尋求具有高光輸出、快衰減的無機閃爍晶體成為近年來人們研究的熱點。由于Ce³⁺離子的發光屬于5d-4f電偶極允許躍遷，其發光強度大，衰減快，且具有良好的時間分辨率和能量分辨率，因而摻鈰的閃爍晶體受到廣泛關注。常見的非本征型Ce³⁺離子激活的閃爍體包括氟化物、溴化物等鹵化物晶體和硅酸鹽、硼酸鹽等氧化物晶體，兩類晶體都具有高光輸出、快衰減的閃爍特性，但是前者的潮解特性，后者的熔點高、生長困難和成本高等問題，使這些晶體的應用受到很大限制，因而促使人們去發現和研究熔點較低(如1300℃以下)且適合于Ce³⁺離子的摻入，并且能夠有效發光的高密度晶體材料。

鎢酸釓鈉(NaGd(WO₄)₂，簡稱NGW)晶體屬于四方晶系白鎢礦(CaWO₄)結構，其密度＞6.0g/cm³，熔點約為1250℃。鎢酸釓鈉晶體作為發光基質吸收能量后，能夠將能量傳遞給激活離子，從而增強發光中心的發光效率，同時鎢酸釓鈉晶體具有良好的物化性能穩定、閾值低、可高濃度摻雜和一致熔融等特點，是一種優良的光學晶體基質材料，而其作為閃爍晶體的相關研究卻鮮有報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈰離子摻雜的鎢酸釓鈉晶體，采用坩堝下降法(BridgmanMethod)進行晶體的生長和制備，通過三價鈰離子的摻雜使得鎢酸釓鈉晶體在360～650nm波長范圍內出現寬帶閃爍發光。

一方面，本發明提供一種鈰離子摻雜的鎢酸釓鈉晶體，所述鎢酸釓鈉晶體中摻雜有Ce³⁺，其化學式為Ce³⁺:NaGd(WO₄)₂，Ce³⁺的摻雜量(相對于NGW的物質的量)為0.05～0.8mol％。

與純NGW晶體相比，摻Ce³⁺的NGW晶體在360～650nm波長范圍內的發光強度明顯增大，約有20倍以上，發光峰值位于490nm附近，因而有望在閃爍探測材料方面得到應用。

優選地，所述Ce³⁺的摻雜量為0.05～0.09mol％。

優選地，所述晶體在400～650nm波長范圍內出現寬帶閃爍發光；其中，當Ce³⁺的摻雜量為0.05～0.5mol％時，發光峰位位于470nm；當Ce³⁺的摻雜量為0.8mol％時，發光峰位紅移至490nm。

第二方面，本發明提供上述鈰離子摻雜的鎢酸釓鈉晶體的制備方法，包括以下步驟：采用固相法制備鎢酸釓鈉多晶料，再按摻雜量摻入摻雜劑，得到晶體生長原料；

將所得晶體生長原料在空氣氣氛下用坩堝下降法進行晶體生長。

優選地，所述鎢酸釓鈉多晶料的制備包括：將Na₂CO₃、WO₃、Gd₂O₃按化學反應計量比配比稱量、混合均勻并壓制成塊，在850～950℃下燒結24～36小時。