[發明專利]一種陰離子摻雜石榴石閃爍體及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011575843.6
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112573905B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 丁棟舟;祁強;趙書文;楊帆;孟猛;施俊杰;袁晨;任國浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622;C04B35/63;C09K11/77;C30B1/02;C30B1/10;C30B15/00;C30B29/22
• 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

本發明涉及一種陰離子摻雜石榴石閃爍體及其制備方法與應用，該陰離子摻雜石榴石閃爍體的化學式為：(RE_1?a?bA_aB_b)₃(C_1?dD_d)₅(O_1?neE_e)₁₂，式中0＜a≤0.05，0≤b≤0.05，0≤d≤1，0＜e≤0.1，n=0.5或1.5；E離子取代O離子格位；所述RE選自鑭La、釓Gd、镥Lu、釔Y中至少一種；所述E選自氟F、氯Cl、氮N中至少一種。

技術領域

本發明涉及一種陰離子摻雜石榴石閃爍體(或稱陰離子摻雜石榴石閃爍材料)及其制備方法和應用，屬于閃爍材料技術領域。

背景技術

無機閃爍體是一種將高能射線(X射線，γ射線)或高能粒子(α粒子、β粒子等)轉換為紫外-可見光的能量轉化介質。采用無機閃爍晶體做成的探測器已被廣泛應用于高能物理、核醫學成像(XCT、PET)、安全檢查、無損探傷、地質勘探、環境監測等領域。隨著核醫學成像及相關技術的快速發展，需要性能更高的閃爍晶體，目前市場上的NaI(Tl)、BGO、PWO等閃爍晶體已經無法滿足應用要求，新一代的鋁酸鹽晶體由于其高光輸出、快衰減等特性，逐漸成為研究熱點。

石榴石結構屬于立方晶系，對稱性最高，且密度較大。以稀土離子Ce³⁺作為激活劑，利用Ce³⁺的5d→4f宇稱允許躍遷來獲得快衰減發光，如：YAG:Ce、LuAG:Ce、GAGG:Ce等是出現的一批新型閃爍材料，尤其GAGG:Ce成為研究的熱點。為了更準確地探測高能射線，研究人員提出了飛行時間(TOF)技術，具有快衰減時間和高光產額的閃爍體是提供精確TOF信息的關鍵。

離子間離子半徑的差異導致晶體晶格常數變化以及離子的無序分布，通過晶體組分調節，晶體場可以得到微調。目前對于Ce離子摻雜的石榴石閃爍體系，相關文獻聚焦于共摻雜離子優化晶體的閃爍性能。專利1(CN106048725A)公開了硅鐿離子共摻YAG超快閃爍晶體及其制備方法，鐿離子取代釔離子格位，硅離子取代鋁離子格位，所制備的硅和鐿離子共摻的YAG晶體具有衰減時間快、抗輻照損傷強等優點，但光產額僅有2800ph/MeV。專利2(CN108218417A)涉及化學式(Lu_1-x-yCe_xMe_y)₃Al₅O₁₂，所述Me為Ca²⁺、Ba²⁺、Zn²⁺等，其中0＜x≤0.05，0＜y≤0.1；當LuAG:0.3％Ce,0.3％Li，LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg衰減時間明顯降低。WANG等(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,2016,820:8-13)發現在GYGAG中，調節Gd與Y比例，在(Gd₂Y₁)Ga_2.7Al_2.3O₁₂:1at.％具有最高的閃爍效率。專利3(WO2017059832A1)公開了縮短發光中心的閃爍響應的方法，摻Nd的GAGG:Ce在放射性同位素²²Na的具有511keV光子能量的伽馬輻射激發下，衰減時間從91ns加快到54ns，但衰減時間仍然較長。為了滿足高能物理以及TOF技術應用等的要求，需要閃爍性能更優的閃爍體。已有的專利基本是研究在各陽離子格位摻雜，但沒有探究陰離子摻雜對時間的影響。

發明內容

根據實際應用需要，本發明的目的在于提供一種陰離子摻雜石榴石閃爍材料及其制備方法，更好地滿足高能物理探測與粒子辨別、核醫學成像(X-CT、TOF-PET)領域應用的需求。