立方相的固溶体闪烁材料及其制备方法

专利名称：立方相的固溶体闪烁材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及无机材料及其制备技术领域，特别是用燃烧法制备一种立方
相HfO厂Sc203: Eu3+的固溶体闪烁材料。
背景技术：
闪烁材料是一种吸收高能光子后发出可见光的光功能材料，被广泛应用 于高能物理(如精密电磁量能器)、核医学(如X-CT、 PET)、工业应用(CT探伤)、 空间物理、地质勘探等领域。数量最多、应用最广的当推无机闪烁体。
研制高性能闪烁陶瓷材料来逐步取代目前广泛使用的单晶闪烁材料是闪 烁探测目前重要的研究方向，研究重点内容包括"l)探索高性能闪烁陶瓷新 材料体系，主要是高密度、具有立方晶相、高光输出和较短衰减时间的新材料 体系，如氧化镥基材料、铪酸盐材料等。(2)研究和开发闪烁材料的先进制备 工艺，包括湿化学方法如燃烧法、共沉淀法合成组成可控、烧结性能优良、发 光性能良好的闪烁陶瓷粉体。(3)研究各类不同掺杂元素对材料闪烁性能的影 响及其影响机理。由于不同的惨杂剂对材料的光输出、衰减、余辉、辐射损 伤等影响不同，因此通常是在一种闪烁材料中掺入几种不同的离子才能获得 性能优异的闪烁体。
Hf02材料由于具有高的A值(约25)、宽的带隙(5.7eV)、低介电损耗、低 漏电流及良好的电容-电压特性、良好的稳定性和良好的晶格匹配特性，因此 日益成为人们关注的焦点。而且Hf02较大的原子序数，密度大且可掺杂稀土 离子的特点也使它成为重要的闪烁材料。Hf02具有三种物相立方相，单斜 相，四方相。 一般情况下闪烁材料要求晶体为立方相，然而Hf02很难稳定在 立方相。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种立方相的固溶体闪烁 材料及其制备方法，其方法具有合成速度快和反应温度低，节能效果明显， 合成组成可控、烧结性能优良、发光性能良好的闪烁粉体等特点，所获得的
无机发光材料可用于高能物理或医用或安检的x射线增感屏中。
本发明的目的是这样实现的
一种立方相的固溶体闪烁材料，特点是该材料一般式为Hf02-Sc203: Eu3+，并按以下步骤制备
a) 、取ScA溶于HN03中配成0. 1 lmol/L的Sc(N03)3溶液，取EuA溶 于HN03中配成0. 08 0. lmol/L的Eu(冊3)3溶液；
b) 、将HfOCl2粉末放入容器中用蒸馏水溶解后，向其中加入Sc(N03)3溶 液，搅拌均匀后，加入Eu(N03)3溶液，再用硝酸调解溶液的PH值为1 2; 其中S,的摩尔含量占S,和Hf"总摩尔含量的x%， H产的摩尔含量占S,和 Hr总摩尔含量的(1-x)%， Eu3+的摩尔含量占Sc3， Hf"总摩尔含量的0. 5%，并 且x-13 90;
c) 、对b步骤溶液边搅拌边向其中加入甘氨酸和尿素的混合燃料，强力 搅拌后，在20(TC下加热20 30min除去水分，在45(TC的马弗炉中燃烧40 70min获得前驱体；其中甘氨酸和尿素总摩尔量G(f+和Hf"总摩尔量二y， 并且yi.9 1.5，甘氨酸的摩尔量为甘氨酸和尿素总摩尔量的40% 50%;其 余的为尿素；
d) 、将前驱体在高温炉中80(TC烧结2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶体闪烁材料。
闪烁材料是一种吸收高能光子后发出可见光的光功能材料，被广泛应用于高能物理(如精密电磁量能器)、核医学(如X-CT、 PET)、工业应用(CT探伤)、 空间物理、地质勘探等领域。燃烧法具有安全、省时、节能等优点，是一个 很有应用前景的新方法。
本发明是在Hf02中掺入Sc3+，使Hf02为很稳定的立方相，从而得到一种发 光性能很强的闪烁材料。该材料本身呈白色，可以被240 280nm波长范围的 紫外光和380 480nm波长范围的紫外光和可见光可以很好地激发，在254nm 和397nm紫外光激发下，发光材料呈现明亮的红色，但是随着Sc3+的加入量的 不同发光强度也会有所不同。发射主峰波长位于593 595nm和612 614nm。 当Sc3+的摩尔含量占Sc3+和Hf4+总摩尔含量的13呢 9(m时都为立方相，并且当 Sc3+的掺入量为1796时立方相的对称性最好。


图1为本发明实施例1发光材料的XRD
图2为本发明实施例2发光材料的XRD
图3为本发明实施例3发光材料的发射光谱图
图4为本发明实施例3发光材料在254nm波长的激发光谱图
图5为本发明实施例3发光材料在380 580nm波长范围的激发光谱图
具体实施例方式
实施例1
a) 、称取6g ScA溶于HN03中配成0. 2837mol/L的Sc(N03)3溶液，称取 15g Eu203溶于HN03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、称取4.8832g的HfOCl2粉末放入烧杯中用蒸馏水溶解后，向其中加 入9. Oml的Sc(N03)3溶液，此时S,的摩尔含量占Sc^和Hf"总摩尔含量的13% ，搅拌均匀后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，测定溶液的PH值，用硝酸将其调解到约等于l;
c) 、上述溶液边搅拌边向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，强力搅拌使其充分溶解，在20(TC下加热0.5h除去水分，在45(TC 的马弗炉中燃烧lh获得前驱体；
d) 、将前驱体在高温炉中80(TC烧结2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶体闪烁材料。
实施例2
a) 、称取6g Sc203溶于HN03中配成0.2837mol/L的Sc(N03)3溶液，称取 15g EuA溶于朋03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、称取4.0870 g的HfOCl2粉末放入烧杯中用蒸馏水溶解后，向其中 加入16. Oml的Sc(N0》3溶液，此时S,的摩尔含量占S,和H产总摩尔含量 的23%，搅拌均匀后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，测定溶液的PH值，用硝 酸将其调解到约等于l。
c) 、上述溶液边搅拌边向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，强力搅拌使其充分溶解，在200。C下加热0.5h除去水分，在45(TC 的马弗炉中燃烧lh获得前驱体；
d) 、将前驱体在高温炉中80(TC烧结2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶体闪烁材料。
实施例3
a) 、称取6g Sc2(V溶于HN03中配成0. 2837mol/L的Sc(NO》3溶液，称取 15g Eii203溶于HN03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、称取2.6539g的HfOCl2粉末放入烧杯中用蒸馏水溶解后，向其中加 入35ml的Sc(N03)3溶液，此时S,的摩尔含量占S,和Hf"总摩尔含量的50%，搅拌均匀后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，测定溶液的PH值，用硝酸将其 调解到约等于l。
c) 、上述溶液边搅拌边向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，强力搅拌使其充分溶解，在20(TC下加热0.5h除去水分，在450'C 的马弗炉中燃烧lh获得前驱体；
d) 、将前驱体在高温炉中800。C烧结2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶体闪烁材料。
实施例4
a) 、称取6g Sc203溶于HN03中配成0. 2837mol/L的Sc(N0》3溶液，称取 15g Eii203溶于HN03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、称取0.5308g的HfOCl2粉末放入烧杯中用蒸馏水溶解后，向其中加 入63ml的Sc(N0》3溶液，此时S,的摩尔含量占Sc"和Hf+总摩尔含量的90% ，搅拌均匀后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，测定溶液的PH值，用硝酸将其 调解到约等于l;
c) 、上述溶液边搅拌边向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，强力搅拌使其充分溶解，在200'C下加热0.5h除去水分，在45(TC 的马弗炉中燃烧lh获得前驱体；
d) 、将前驱体在高温炉中800。C烧结2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶体闪烁材料。
权利要求
1、一种立方相的固溶体闪烁材料，其特征在于该材料一般式为HfO2-Sc2O3:Eu3+，并按以下步骤制备a)、取Sc2O3溶于HNO3中配成0.1～1mol/L的Sc(NO3)3溶液，取Eu2O3溶于HNO3中配成0.08～0.1mol/L的Eu(NO3)3溶液；b)、将HfOCl2粉末放入容器中用蒸馏水溶解后，向其中加入Sc(NO3)3溶液，搅拌均匀后，加入Eu(NO3)3溶液，再用硝酸调解溶液的PH值为1～2；其中Sc3+的摩尔含量占Sc3+和Hf4+总摩尔含量的x％，Hf4+的摩尔含量占Sc3+和Hf4+总摩尔含量的(1-x)％，Eu3+的摩尔含量占Sc3+和Hf4+总摩尔含量的0.5％，并且x＝13～90；c)、对b步骤溶液边搅拌边向其中加入甘氨酸和尿素的混合燃料，强力搅拌后，在200℃下加热20～30min除去水分，在450℃的马弗炉中燃烧40～70min获得前驱体；其中甘氨酸和尿素总摩尔量Gd3+和Hf4+总摩尔量＝y，并且y＝0.9～1.5，甘氨酸的摩尔量为甘氨酸和尿素总摩尔量的40％～50％；其余的为尿素；d)、将前驱体在高温炉中800℃烧结2h，得到立方相的HfO2-Sc2O3:Eu3+固溶体闪烁材料。
全文摘要
本发明公开了一种立方相的固溶体闪烁材料，该材料一般式为HfO₂-Sc₂O₃:Eu³⁺，并按以下步骤制备a)配制Sc(NO₃)₃溶液及Eu(NO₃)₃溶液；b)将HfOCl₂粉末放入容器中用蒸馏水溶解后，向其中加入Sc(NO₃)₃溶液及Eu(NO₃)₃溶液，调整PH值为1～2；c)对b步骤溶液边搅拌边加入甘氨酸和尿素的混合燃料，强力搅拌后，在200℃下加热20～30min除去水分，在450℃的马弗炉中燃烧40～70min获得前驱体；d)将前驱体在高温炉中800℃烧结2h，得到立方相的HfO₂-Sc₂O₃:Eu³⁺固溶体闪烁材料。本发明是一种吸收高能光子后发出可见光的光功能材料，可应用于高能物理、核医学、工业应用、空间物理及地质勘探等领域；其制备方法具有安全、省时、节能等优点。
文档编号C09K11/77GK101665694SQ200910195930
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者夏金峰, 强 李, 蒋丹宇 申请人:华东师范大学