专利名称：新型闪烁晶体掺铈钒酸盐晶体材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种新型的闪烁晶体掺铈钒酸盐晶体，并涉及到该系列晶体的原料合成与晶体生长工艺。
背景技术：
闪烁晶体可以做成探测器，在高能物理、核物理、影像核医学诊断(XCT、PET)、地质勘探、天文空间物理学以及安全稽查等领域中有着巨大的应用前景。随着核科学技术以及其它相关技术的飞速发展，其应用领域在不断的拓宽。不同应用领域对无机闪烁体也提出了更多更高的要求。传统的NaI(Tl)、BGO等闪烁晶体已经无法满足新的应用领域的特殊要求。
人们正在探索适用于不同应用领域的新型优良闪烁晶体。这些新型闪烁晶体可能在综合性能与生产成本上，与现有成熟的NaI(Ti)、BGO等传统闪烁晶体差距较大。但人们希望它们能够在某些方面具有特别性能和用途，满足不同应用领域的特殊要求。对这些新晶体的基本要求就是物理化学性能稳定、高密度、快发光衰减、高发光效率、高辐照硬度和低成本。作为优秀的闪烁晶体除应具有好的发光特性和稳定性外，还需要一定的尺寸和光学均匀性。
目前闪烁晶体的发展趋势是围绕高输出、快响应、高密度等性能为中心，开展新型闪烁晶体的探索研究。通过离子取代，改善现有闪烁晶体的某些不足，提高其闪烁性能，降低其生长难度。优化晶体生长工艺，进行工程化生长研究，降低生长成本。研究晶体的缺陷与其闪烁性能之间的相互关系。通过减少晶体中的各种缺陷，提高晶体的光学均匀性，来改善其闪烁性能。探索新的晶体基质的新型闪烁晶体的研究。
Ce3+离子5d→4f能级的允许跃迁能产生几十纳秒的快衰减荧光。通过掺入Ce离子实现闪烁性能，是新型闪烁晶体探索研究热点。目前人们已经通过在硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐等晶体基质中掺入Ce离子，获得许多新型闪烁晶体，比如Ce∶LSO、Ce∶LuAP、Ce∶GSO、Ce∶YSO、Ce∶YAP。它们具有高的光输出，快衰减等特点，作为闪烁探测材料，对提高探测器的时间、空间分辨率，小型化和多功能化具有重要意义。目前尽管掺Ce高温闪烁晶体的研究取得了很大的成功，但它们还存在许多问题，比如自吸收现象、熔点高、生长困难、高纯原料价格昂贵等，大大制约了它们的应用。
目前国内外尚未有掺铈钒酸盐晶体的相关报道。
发明内容
本发明是采用通过固相合成方法或液相合成方法在高温下烧结获得掺铈钒酸盐化合物，采用提拉法生长出掺铈钒酸盐晶体的。掺铈钒酸盐晶体的分子式为Cex∶Ln(1-x)VO4，(x范围在0.001＜x＜1)，晶格熔点为1800～1900℃，锆石型结构，空间群为D4h19-I41/amd。
具体实施例方式
实施例一固相原料合成方法合成原料假设合成掺Ce浓度为2％的Ce0.02∶Y0.98VO4晶体原料，即选取x＝0.02，按照反应式
按照0.02∶0.98∶1的摩尔比，分别称取纯度为99.99％的Ce2O3、Y2O3和V2O5原料6.6克、221.3克、191.9克，将这三种原料都倒入玛瑙辗钵中，混合均匀，压成片状；然后装入铂坩埚，放入在马弗炉中，在1200℃下烧结12小时，冷却后取出，就成为Ce0.02∶Y0.98VO4多晶原料。
实施例二液相原料合成方法合成原料假设合成掺Ce浓度为2％的Ce0.02∶Re0.98VO4晶体原料，即选取x＝0.02，按照反应式
按照0.02∶0.98∶1的摩尔比，分别称取纯度为99.99％的Ce2O3、Y2O3和NH4VO3原料6.6克、221.3克、116.9克。然后将Ce2O3、Y2O3一齐溶解稀酸溶液中，将偏钒酸铵溶解到稀氨水溶液中。将两种溶液同时缓慢加入一个大的塑料桶中。在该过程中不停搅拌，使溶液混合均匀，反应完全；同时根据混合溶液的PH值，加入适量的稀氨水或稀酸溶液，保证混合溶液的酸度控制在6.8～7.2间。然后将中反应生成Ce0.02∶Y0.98VO4沉淀，经过离心、烘干、球磨、压片、烧结后，就成为Ce0.02∶Y0.98VO4多晶原料。
实施例三晶体生长采用国产DJL-400型引上法单晶生长炉，25KW晶闸管中频感应电源加热，双铂铑(Pt/Rh30-Pt/Rh10)热电偶，英国欧陆818型温度调节器，控温精度达±0.1℃。
典型的晶体生长参数为表1 提拉法生长钒酸盐晶体的技术参数
步骤1 晶体生长前的准备工作包括炉膛的清洁处理，化料，籽晶对中以及给炉内充入保护气氛。
步骤2引晶、收颈与放肩将籽晶引近液面，稳定一段时间(约10min)后，进行引晶。提拉一个小时后，调节温度使晶体逐渐往径向长大(放肩)。
步骤3直径的控制当晶体放肩至既定直径(例40mm)时，采用适量升温，以控制晶体直径的继续增大。这样，晶体的生长界面会逐渐地高出液面1～2mm，控径完成。
步骤4晶体等径生长生长过程中必须根据生长情况，调节温度，控制晶体的等径生长。
步骤5收径过程当晶体长到预定的长度，需要停止生长时，保持拉速不变，改用较大升温速率(如3～40℃/h)继续提拉后，晶体尾部成平界面或微凸面，很快就会脱离液面，随后停止提拉，转入退火阶段。
步骤6炉内退火在高温区(1750～1200℃)内，我们采用10～20℃/h的降温速度。在1200℃以下，一般采用30～40℃/h降温速度。
步骤7炉外退火将晶体装在Al2O3刚玉埚中，放入马弗炉中，在大气气氛下高温、长时间退火。通常以10-50℃的速率升温或降温，在1200℃时恒温12小时。
权利要求
1.新型闪烁晶体掺铈钒酸盐晶体材料，其特征在于其分子式为Cex∶Ln(1-x)VO4，其中Ln是Lu、Y、Gd、La四种元素之一，或者是其中两种或两种以上元素。其中x是Ce置换Ln的摩尔比，这里的x范围在0.001＜x＜1。
2.如权利要求1的晶体材料，其特征在于该晶体材料为锆石型结构，空间群为D4h19-I41/amd；熔点高于1800℃，单胞参数、密度、硬度随Ln的不同而有较大差别；在空气中不潮解，并有良好的机械性能。
3.如权利要求1所述的晶体材料，其特征在于该晶体为单晶体或多晶体或粉末材料。
4.一种权利要求1的晶体材料的制备方法，其特征在于用固相合成方法或液相合成方法，通过高温下烧结，获得Ce:LnVO4化合物，用纯熔体提拉法生长晶体的方法。
5.一种权利要求2的晶体材料的制备方法，其特征在于采用不同的铈、稀土、钒化合物，使用固相合成方法或液相合成方法在高温下烧结获得Ce:LnVO4化合物。
6.一种权利要求1的晶体材料的用途，其特征在于该闪烁晶体作为闪烁探测器的部件，用于在高能物理、核物理、影像核医学诊断、地质勘探、天文空间物理学以及安全稽查等领域中。
全文摘要
一种新型闪烁晶体掺铈钒酸盐晶体材料涉及晶体材料制备领域。该晶体材料分子式为Ce
文档编号C30B15/00GK1779000SQ20041009754
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月25日 优先权日2004年11月25日
发明者吴少凡 申请人:中国科学院福建物质结构研究所