[發(fā)明專(zhuān)利]一種八面體格位摻雜改善鋁鎵酸釓閃爍材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210615429.6
• 申請(qǐng)日: 2022-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115322784A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁棟舟;李銘清;趙書(shū)文;楊帆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C09K11/80
• 分類(lèi)號(hào): C09K11/80;C09K11/88
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種八面體格位摻雜改善鋁鎵酸釓閃爍材料及其制備方法和應(yīng)用。所述八面體格位摻雜改善鋁鎵酸釓閃爍材料的化學(xué)式為Gd_3?x?aR_aCe_xAl_5?y?zGa_yM_zO₁₂，式中M為八面體格位的摻雜離子，且M的離子半徑在Al³⁺和Gd³⁺之間，優(yōu)選自鉿Hf、鋯Zr、銅Cu、鋅Zn、錫Sn、鉛Pb、鈦Ti、碲Te、鋱Tb中至少一種；R選自Lu、Y和La中至少一種，0≤x≤0.15，0≤a≤3，2≤y≤3，0＜z≤0.25，且0≤x+a≤3。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)異發(fā)光性能的八面體格位摻雜鋁鎵酸釓閃爍材料及其制備方 法和應(yīng)用，屬于閃爍材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

閃爍體是一種能夠吸收高能射線或粒子同時(shí)發(fā)射紫外-可見(jiàn)光的能量轉(zhuǎn)化介質(zhì)，將其 與后續(xù)的光電轉(zhuǎn)換器件耦合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)核輻射的有效探測(cè)。以無(wú)機(jī)閃爍晶體為核心部件的 輻射探測(cè)器已被廣泛應(yīng)用于高能物理、空間物理、中子探測(cè)、核醫(yī)學(xué)成像、安全檢查、工業(yè) 無(wú)損探傷、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。隨著各應(yīng)用領(lǐng)域的高速發(fā)展，對(duì)閃爍體的性能也提出了更高的 要求，包括更大的密度，更高的光輸出，更短的衰減時(shí)間等。傳統(tǒng)的NaI(Tl)、BGO、PWO 等閃爍晶體已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)用要求，新一代的鋁酸鹽和硅酸鹽閃爍晶體憑借優(yōu)異的綜合性能 逐漸成為研究熱點(diǎn)。

鈰離子摻雜的鋁鎵酸釓閃爍晶體(Gd₃Al₂Ga₃O₁₂:Ce,GAGG:Ce)是近幾年在“帶隙工程”的指導(dǎo)下發(fā)展起來(lái)的，其以稀土離子Ce³⁺作為激活劑，利用Ce³⁺的5d→4f宇稱(chēng)允許躍 遷來(lái)獲得高強(qiáng)度快衰減發(fā)光。鋁鎵酸釓閃爍晶體的綜合性能優(yōu)異，包括光輸出高、能量分辨率優(yōu)、閃爍衰減時(shí)間短、主發(fā)射峰波長(zhǎng)適宜、物化性質(zhì)穩(wěn)定、不潮解、無(wú)自發(fā)輻射等。 GAGG有望與LYSO競(jìng)爭(zhēng)，應(yīng)用于TOF-PET領(lǐng)域；與鹵化物閃爍體競(jìng)爭(zhēng)，應(yīng)用于高分辨率 γ光譜學(xué)領(lǐng)域。同時(shí)，天然的Gd中存在兩種穩(wěn)定同位素：155Gd和157Gd。這兩種同位素 對(duì)中子有較大的捕獲截面，所以GAGG還可應(yīng)用于γ、中子雙探測(cè)領(lǐng)域。在高能物理中， 可以通過(guò)粒子的能量辨別粒子的種類(lèi)，而粒子的能量對(duì)應(yīng)于閃爍上升時(shí)間，因此閃爍材料自 身的上升時(shí)間越短，其分辨粒子的能力越強(qiáng)。在核醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，圖像分辨率、掃描速度、 信噪比以及輻射劑量都與閃爍材料的上升和衰減時(shí)間息息相關(guān)。PET中最新的TOF技術(shù)對(duì) 閃爍材料的上升時(shí)間和衰減時(shí)間要求很高，時(shí)間分辨率CTR正比于(上升時(shí)間×衰減時(shí)間 ÷光產(chǎn)額)0.5。閃爍體時(shí)間分辨率達(dá)到10ps量級(jí)，PET的靈敏度將提高至少16倍，最大 限度地提高PET分子成像的時(shí)空分辨率。然而與著名的LYSO相比，GAGG的閃爍衰減時(shí) 間較長(zhǎng)(～90ns)，并且還存在較強(qiáng)的慢分量，這嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍。改善鋁鎵酸釓閃爍 晶體時(shí)間性能的主要方式為共摻雜，合適的摻雜離子可以抑制有害缺陷。