专利名称：新型CuI晶体及其生长方法
技术领域：
本发明涉及晶体生长的方法，具体涉及一种CuI晶体的生长方法。
背景技术：
随着高能物理、核物理和核技术应用的快速发展，通常的无机闪烁晶体将难以满足超高计数率测量中的需要，为此近年来各国正在积极开展新型超快闪烁体的研究。宽禁带半导体材料碘化亚铜(CuI)晶体在室温下具有极快的闪烁特性，其发光衰减时间仅为90ps，且没有慢成份，是人们目前所知的最快的无机闪烁晶体，因而作为新一代超快闪烁体，在超高计数率X-射线、γ射线和电子束测量等方面都有着重要的应用价值。CuI晶体的光产额是BaF2晶体快成份发光强度的四分之一，但其时间响应要快6-7倍，其中在t≤0.1ns时间内发出的光子数占总光子数的一半以上。尽管CuI晶体的光产额比CsI(Tl)晶体的低两个量级，但在t≤0.1ns时间内发出的光子数却比CsI(Tl)晶体的高40倍。正是因为CuI晶体的超快闪烁特性，引起了人们极大关注，但晶体生长困难是制约其应用的瓶颈。目前国内外已将多种晶体生长方法应用于CuI晶体的生长，晶体尺寸也都在毫米量级。例如，T.Goto等人在J.Phys.Soc.Japan，1968，Vol.24，P314上发表的文章指出，采用升华法得到尺寸达9mm3的晶体，但晶体的缺陷较多。溶胶—凝胶晶体生长技术通常有离子反应和络合—解络两种方法。I.Nakada等人在Japan.J.Appl.Phys.，1976，Vol.15，P919上发表的文章是采用离子反应法，得到了体积为5×5×1mm3的CuI晶体。A.F.Armington和J.J.O’Connor在J.Crysal Growth，1968，Vol.3/4，P367及Mater.Res.Bull.，1971，Vol.6，P765上发表了两篇有关络合—解络法生长CuI晶体的文章，所生长出的晶体虽然纯度较高，但晶体的形貌不佳。
在络合—解络晶体生长中，晶体是由CuI和HI的络合物在凝胶中的解络而生成。因此该方法生长的晶体具有价格低廉、设备简单、生长温度低、纯度高等优点，其生长过程也容易调控，因而特别适用生长纯度高、应力小和缺陷少的晶体，但难以获得形貌规则的晶体。浓度控制是晶体生长中的一种常用技术。此技术便于控制成核速率，保持稳定的晶体生长速度，能够生长出形貌好、尺寸较大的晶体。迄今为止，国内外还未见在络合—解络法生长CuI晶体中采用浓度控制技术的有关报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种超快CuI闪烁晶体；本发明的另一个目的在于提供这种晶体的生长方法。
本发明就是为了克服上述生长技术中的不足，采用浓度控制技术和络合—解络法相结合的方法，生长出纯度高、应力小、缺陷少、形貌好(呈规则的四面体结构)、尺寸较大的γ相CuI晶体。
即浓度控制技术和络合—解络相结合的生长方法。选用分析纯的硅酸钠、离子水、乙酸为制备凝胶的原料，分析纯的氢碘酸为络合剂、CuI粉末为原料生长CuI晶体。
其制备方法如下先将硅酸钠溶解于离子水中，加入乙酸并充分搅拌，静置后即可获得晶体生长所需的凝胶，再将CuI粉末溶于不同的量的络合剂氢碘酸中，形成不同饱和度的络合物CuI-HI饱和溶液，CuI-HI络合物在凝胶中扩散将析出CuI晶体。有别于通常的浓度控制技术—浓度递增，在CuI晶体生长过程中，采用浓度递减的方法，即每隔24小时定期用浓度低的CuI-HI饱和溶液取代前一浓度高的CuI-HI饱和溶液。之后用Na2SO3溶液取代最低浓度的CuI-HI饱和溶液。
最后将它静置在25±0.5℃的防震生长箱，使晶体逐渐长大。
本发明采用的浓度递减控制技术和络合—解络相结合的生长方法具有设备简单、价格低廉、生长温度低和生长过程容易调控等优点，所生长的γ相CuI晶体纯度高、应力小、缺陷少、形貌好(呈规则的四面体结构)和尺寸较大，因而作为新一代超快闪烁体，在超高计数率X-射线、γ射线和电子束测量等方面都有着重要的应用价值，同时还可以用作快离子导体。
具体实施例方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明是如何实现的实施例选用分析纯的硅酸钠、离子水、乙酸为制备凝胶的原料，分析纯的氢碘酸为络合剂、CuI粉末为原料生长CuI晶体。将106克硅酸钠溶解于250克的去离子水中，待完全溶解后过滤。再用去离子水进一步稀释上述硅酸钠水溶液，并加入2M的乙酸，硅酸钠水溶液、去离子水、乙酸三者的体积比为7∶8∶15(如70ml硅酸钠、80ml去离子水、150ml乙酸)，溶液配制过程中不断搅拌。将所配制的溶液倒入直径3cm、高25cm、宽20cm的U型管，在25±0.5℃的温度环境下静置48小时后形成用于晶体生长的凝胶。
将CuI粉末溶于不同量的7M氢碘酸中，获得饱和度分别为1M、0.86M、0.72M、0.57M、0.43M、0.28M、0.14M的CuI-HI络合液。在U型管一端的凝胶上方加入7M的氢碘酸1ml，使之在凝胶中预扩散。经4小时预扩散后，用1M的络合液10ml取代凝胶上方的氢碘酸。24小时后用0.86M的络合液10ml取代凝胶上方原来的1M络合液。在以后的每隔24小时，均使用等量浓度较低的络合液取代浓度较高的络合液，即用0.72M的络合液取代0.86M的络合液、0.57M的络合液取代0.72M的络合液，依次进行取代，直至用0.14M的络合液取代0.28M的络合液为止。再经过24小时，用0.1M的Na2SO3溶液取代0.14M的络合液。最后，将U型管静置在25±0.5℃的防震生长箱中，使CuI晶体逐渐长大。
所生长出来的CuI晶体形貌为规则四面体、纯度高、应力小、尺寸大于2mm。Brucker D8型X-射线衍射仪测量的结果表明，CuI晶体为γ相，具有超快发光特性。
权利要求
1.一种新型CuI超快闪烁晶体，其特征在于CuI晶体呈γ相的规则四面体结构，尺寸大于2mm。
2.根据权利要求1所述的一种新型CuI超快闪烁晶体，其制备方法如下A、先将硅酸钠溶解于离子水中，加入乙酸并充分搅拌，静置后即可获得晶体生长所需的凝胶，再将CuI粉末溶于不同的量的络合剂氢碘酸中，形成不同饱和度的络合物CuI-HI饱和溶液，CuI-HI络合物在凝胶中扩散将析出CuI晶体，采用浓度递减的方法，即每隔24小时定期用浓度低的CuI-HI饱和溶液取代前一浓度高的CuI-HI饱和溶液；B、最后用Na2SO3溶液取代CuI-HI饱和溶液；C、将用Na2SO3溶液取代后的CuI-HI饱和溶液静置在25±0.5℃的防震生长箱，使晶体逐渐长大。
3.如权利要求2所述的晶体生长方法，其特征在于所选用的制备凝胶原料硅酸钠、离子水、乙酸为分析纯的原料，络合剂氢碘酸为分析纯氢碘酸。
全文摘要
本发明公开了一种CuI晶体及其生长方法，CuI晶体呈γ相的规则四面体结构，尺寸大于2mm。该生长方法采用浓度控制技术和络合—解络法相结合的方法。本发明采用的浓度递减控制技术和络合—解络相结合的生长方法具有设备简单、价格低廉、生长温度低和生长过程容易调控等优点，所生长的γ相CuI晶体纯度高、应力小、缺陷少、形貌好和尺寸较大，因而作为新一代超快闪烁体，在超高计数率X－射线、γ射线和电子束测量等方面都有着重要的应用价值，同时还可以用作快离子导体。
文档编号C30B29/12GK1609285SQ20041006654
公开日2005年4月27日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者顾牡, 张睿, 汪大祥, 刘小林 申请人:同济大学