一种低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及一种低价态离子(具体为Ca²⁺，Ba²⁺，Zn²⁺，Li⁺和Na⁺中的一种或它们的组合或它们与Mg²⁺的组合)掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁透明陶瓷及其制备方法，以及由该方法制备的低价态离子掺杂的(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12闪烁透明陶瓷。属于光功能透明陶瓷制备的技术领域。

背景技术：

闪烁体是指在放射线或原子核粒子作用下发生闪光现象的光电功能材料，其作为束能探测器的核心元件，在高能物理，影像核医学(XCT和PET)、工业CT在线监测、油井勘探、安全稽查及反恐应用等领域具有广泛的应用。

随着核科学技术以及其它相关技术的飞速发展，无机闪烁材料的应用领域也在不断的拓宽，传统闪烁晶体如NaI:Tl、BGO等要么易潮解、密度低(3.67g/cm³)，要么光产额低(只有NaI:Tl的20-25％)、衰减时间较长(300ns)、温度稳定性差，已经难以满足许多应用领域对闪烁材料日益提高的性能要求，探索新型闪烁体成为当前或今后一个时期材料学家的紧迫任务。近年来，以Ce³⁺和Pr³⁺为激活离子的镥铝石榴石(LuAG)、钙钛矿(LuAP)和硅酸镥(LSO)等结构的闪烁晶体和陶瓷成为国内外关注和研究的热点。其中，LuAG:Ce具有相对较高的密度(ρ＝6.73g/cm³)，高的有效原子序数(Zeff＝60)，50ns左右的快衰减时间，500-550nm的发射带能和Si-光电二极管很好的耦合，以及较高的理论光产额(60000ph/MeV)等性能，被认为是一种商业前景广阔的新一代高性能闪烁材料。

2006年，刘学建等提出了一种镥铝石榴石基透明陶瓷及其制备方法[CN1837142A]，该发明申请提供的结构式为Lu3-xRExAl5O12，0<x≤0.15，RE为Ce、Pr等稀土发光离子。其特征在于在陶瓷制备过程中加入重量比为0.1～1.0％的纳米级SiO2或分析纯正硅酸乙酯(TEOS)作为烧结助剂。石云等提出了一种石榴石结构的闪烁透明陶瓷体系及其制备方法[CN101514100B]，该发明提供的结构式为3mR,3nR’：(A1-m-n-xA’x)3(ByC1-y)5O12，0≤m≤0.1，0≤n≤0.1，0≤x≤1，0≤y≤0.4。其特征在于采用Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Ti，Cr，Mn中的一种或组合作为发光离子，并通过添加质量分数为0.01-2.0％的烧结助剂以获得高透过率的闪烁透明陶瓷。

以上工作均在陶瓷制备过程中添加烧结助剂以制备高光学质量的透明陶瓷，由于烧结助剂离子与基质离子的离子半径和价态存在一定差异，添加后易引入晶格畸变等晶格缺陷。因此，制备的镥铝石榴石透明陶瓷的性能存在一定的局限，迄今为止，尚未在LuAG:Ce闪烁陶瓷的发光性能研究中取得重大突破。

2006年Siemens Medical Solutions USA Inc.联合University of Tennessee Research Fundation开发了一种高性能二价Ca²⁺离子掺杂的LSO单晶闪烁材料[US 8,278,624B2]，并成功推向商业化PET医疗应用。

从闪烁单晶和闪烁陶瓷的研究现状和进展来看，闪烁陶瓷具有制备工艺简单、成本低、能生产大尺寸样品、可实现高浓度均匀掺杂以及大批量生产等优点，越来越受到人们的重视。开发一种经济效益显著，应用前景广阔的高发光性能的LuAG:Ce闪烁陶瓷将具有十分重要的意义。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷，所述闪烁陶瓷的组成通式为(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12，所述Me为Ca²⁺、Ba²⁺、Zn²⁺、Li⁺、Na⁺离子中的一种，或Ca²⁺、Ba²⁺、Zn²⁺、Li⁺、Mg²⁺、Na⁺离子中的至少两种，其中0＜x≤0.05，0＜y≤0.1。

本发明中以Ce³⁺为激活离子，以Me为Ca²⁺，Ba²⁺，Zn²⁺，Li⁺和/或Na⁺离子中的一种或它们的组合或者它们与Mg²⁺的组合为掺杂离子，制备得到一种低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me立方石榴石结构闪烁陶瓷。其中，所述激活离子和掺杂离子的离子半径与基质中Lu³⁺的离子半径相近，在此条件下，所述激活离子Ce³⁺与掺杂离子Me进入部分镥铝石榴石晶胞，取代十二面体格位的Lu³⁺离子。通过电荷补偿机理(以二价离子Me掺杂为例，电荷补偿机制为在制备的闪烁陶瓷体系中诱导产生Ce⁴⁺离子以维持电荷平衡，从而获得同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺发光离子的高性能LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷。

较佳地，所述闪烁陶瓷组成同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺两种发光离子。

较佳地，通式(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12中的Ce³⁺为激活离子，激活离子Ce³⁺与掺杂离子Me进入镥铝石榴石晶胞，取代十二面体格位的Lu³⁺离子。

另一方面，本发明提供了一种低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷的制备方法，包括：

按照化学计量比制备LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷的前驱体粉末；

将所得前驱体粉体成型，得到陶瓷素坯；

将所得陶瓷素坯经过烧结、退火处理，得到所述低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷。

较佳地，将Lu2O3、CeO2、Al2O3、以及共掺杂离子Me的盐或氧化物，按照(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12的化学计量比称量配料，将配置好的化学原料混合，球磨，干燥，过筛，得到前驱体粉末。

又，较佳地，所述共掺杂离子Me的盐或氧化物为Li2O、LiF、Li2CO3、LiOH·H2O、CaO、BaO、ZnO、MgO、Na2O中至少一种。

又，较佳地，所述球磨的球磨介质为无水乙醇，球磨转速为60～150rmp/分钟，球磨时间为5～20小时。

较佳地，将Al³⁺、Lu³⁺、Ce³⁺、Me溶液按照(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12的化学计量比混合，滴入NH4OH或NH4HCO3，陈化、洗涤后，再于600～1000℃煅烧1～5小时，得到前驱体粉体。

较佳地，将Al³⁺、Lu³⁺、Ce³⁺、Me溶液按照(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12的化学计量比混合，以柠檬酸为络合剂，乙二醇为氧化剂，得到凝胶；

将所得凝胶在800～1000℃煅烧2～10小时，得到前驱体粉体。

又，较佳地，所述溶液为分别含有Al³⁺、Lu³⁺、Ce³⁺、Me的可溶性盐，所述可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐中至少一种。

较佳地，陶瓷素坯的成型方式为干压加冷等静压、胶态成型、注浆成型、凝胶注模或电泳沉积。

较佳地，所述烧结处理为真空烧结、先真空烧结后再热等静压烧结、或者先热压烧结后再热等静压烧结。

又，较佳地，所述真空烧结的工艺参数为：烧结温度为1700～1900℃，时间为5～50小时；

所述热等静压烧结的工艺参数为：烧结温度1600～1850℃，烧结压力100～200MPa，保温时间1～4小时；

所述热压烧结的工艺参数为：烧结温度1700～1850℃，烧结压力20～50MPa，保温时间1～8小时。

较佳地，于氧化气氛中在1200～1600℃下退火处理5～50小时。采用在含氧气氛中较长时间退火工艺，使得Ce³⁺离子部分氧化为Ce⁴⁺离子，增加了Ce⁴⁺的相对浓度，最终获得同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺两种发光中心的发光性能更好的闪烁陶瓷。

又，较佳地，所述氧化气氛为空气气氛或/和氧气气氛。

本发明采用固相反应法或液相法制备前驱体粉体；对所述前驱体粉体进行加工成型，得到陶瓷素坯；对陶瓷素坯依次进行烧结、退火处理和机械加工，得到所需要的透明闪烁陶瓷。

本制备方法具有工艺简单，生产成本低等优点，制备出的低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷在紫外或可见光或X-射线或γ-射线激发下具有较强的光发射，其受激发射波长能够与光电探测器的敏感区匹配，在高能射线探测领域有巨大的应用潜力。

附图说明

图1为实施例1制备的直径为15mm、厚度为1mm的低价态Li⁺离子掺杂的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的吸收光谱；

图2为实施例1制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的激发光谱(λem＝512nm)和发射光谱(λex＝426nm)；

图3为实施例1制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的X-射线荧光发射光谱，商用BGO单晶为标准样品；

图4为实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷的光产额；

图5为实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷的闪烁衰减曲线；

图6为Me离子在四配位(四面体)、6配位(八面体)、8配位(十二面体)格位条件下的离子半径；

图7为实施例1制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的XRD图；

图8为实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷、实施例3制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg,0.1％Li闪烁陶瓷、对比例1制备的(Lu0.996Ce0.003Mg0.001)3Al5O12闪烁陶瓷以及对比例2制备的(Lu0.997Ce0.003)3Al5O12陶瓷的光产额；

图9为实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷、实施例3制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg,0.1％Li闪烁陶瓷、对比例1制备的(Lu0.996Ce0.003Mg0.001)3Al5O12闪烁陶瓷以及对比例2制备的(Lu0.997Ce0.003)3Al5O12陶瓷的闪烁衰减曲线。

具体实施方式

以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明采用固相反应法或液相法制备前驱体粉体，然后对所述前驱体粉体进行加工成型，得到陶瓷素坯。最后对陶瓷素坯依次进行烧结、退火处理和机械加工，得到低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷。所述的闪烁陶瓷的组成通式为：(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12，Ce³⁺为激活离子，掺杂离子Me为Ca²⁺，Ba²⁺，Zn²⁺，Li⁺和Na⁺离子中的一种或它们的组合或它们与Mg²⁺的组合。其中x、y的取值范围分别为：0<x≤0.05，0<y≤0.1。由于掺杂的低价Me离子掺杂作用，LuAG:Ce,Me陶瓷中可变价的Ce³⁺离子被部分转变为Ce⁴⁺以实现电荷平衡，因此所述闪烁陶瓷组成同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺两种发光离子。

以下示例性地说明本发明提供的低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷的制备方法。

采用固相反应法或液相法制备前驱体粉体。

前驱体粉体通过固相法制备。具体工艺为：按所述化学计量比(Lu1-x-yCexMey)3Al5O12进行称量Al2O3，Lu2O3，CeO2粉体和一种或几种低价共掺杂离子Me(Ca²⁺，Ba²⁺，Zn²⁺，Mg²⁺，Li⁺和/或Na⁺)的盐或氧化物原料粉体。所述共掺杂离子Me的盐或氧化物可为Li2O、LiF、Li2CO3、LiOH·H2O、CaO、BaO、ZnO、MgO、Na2O中至少一种。将上述原料粉体通过湿法球磨的方式混合均匀；干燥、过筛制得所述前驱体粉体。其中球磨介质为无水乙醇，球磨转速可为60-150rmp/min，球磨时间可为5-20h。

液相法(湿化学法，包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备前驱体粉体。具体工艺：按所述化学计量比量取相应的Al³⁺、Lu³⁺、Ce³⁺和一种或几种低价离子(Li⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Zn²⁺，Mg²⁺和/或Na⁺)的溶液，直接采用沉淀法或者溶胶-凝胶燃烧合成等液相法合成得到组分为[Lu1-x-yCexMey]3Al5O12的初始粉体(前驱体粉体)。上述所述溶液为分别含有Al³⁺、Lu³⁺、Ce³⁺、Me的可溶性盐，所述可溶性盐可为硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐中至少一种。

将所得前驱体粉体直接压制成型，或者先预煅烧处理(煅烧温度可为400-1000℃，时间2-10小时)后再压制成型，得到陶瓷所。其中成型工艺可采用干压加冷等静压、胶态成型、注浆成型、凝胶注模或电泳沉积等。

将压制成型的陶瓷素坯经过烧结处理，得到所述闪烁陶瓷。烧结方式可为真空烧结、真空烧结与热等静压烧结结合、热压烧结与热等静压烧结结合等。其中真空烧结的工艺参数可为：烧结温度1700-1900℃，保温时间5-50h。热等静压烧结的工艺参数可为：烧结温度1600～1850℃，烧结压力100～200MPa，保温时间1～4小时。热压烧结的工艺参数可为：烧结温度1700～1850℃，烧结压力20～50MPa，保温时间1～8小时。

将经过烧结处理后的低价态离子掺杂的LuAG:Ce闪烁陶瓷再进行退火处理。其中退火气氛为空气或/和氧化气氛。退火温度可为1200-1600℃，退火保温时间可为5-50h。更优选的退火温度可为1350-1450℃，退火保温时间优选可为10-20h。如此可以充分消除材料中存在的氧空位缺陷，且使部分Ce³⁺被氧化为Ce⁴⁺，增加Ce⁴⁺的相对浓度。

最后将经退火工艺处理后的陶瓷样品根据需要，再经机械抛光和加工，得到所需要的LuAG:Ce,Me闪烁透明陶瓷。

本发明在制备低价态离子掺杂的LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷过程中，采用原料优选：

基质及激活离子的原料：商用的高纯(纯度99.9％以上)α-Al2O3或γ-Al2O3,Lu2O3和CeO2或其相应的硝酸盐水合物；

基质及激活离子原料：湿化学法(包括沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧合成法等)制备的高纯(纯度99.9％以上)Al2O3、Lu2O3和CeO2粉体或者硝酸盐溶液；

掺杂离子原料：商用的Li原料可选择高纯(纯度99.5％以上)Li2O，LiF，Li2CO3，LiOH·H2O粉体；

掺杂离子原料：商用的高纯(纯度99.9％以上)CaO，BaO，ZnO，MgO和Na2O或相应的硝酸盐结晶水合物。

本发明中所述闪烁陶瓷建立在掺杂离子的离子半径与基质中Lu³⁺及激活离子Ce³⁺的离子半径相近的基础上，采用该发明选择的高纯原料及提供的工艺条件，通过电荷补偿机制，诱导体系中产生Ce⁴⁺离子以维持电荷平衡，同时结合烧结后在含氧气氛中的深度退火工艺，从而获得同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺发光离子的高性能LuAG:Ce,Me闪烁陶瓷。本发明提供的闪烁陶瓷具有密度高、衰减快、对高能射线或粒子(X-射线，γ-射线，α和β粒子)的吸收能力强、发光效率高等特点，可用作闪烁探测器的关键器件，在高能物理(HEP)、核医学成像(PET，CT)等领域具有巨大的应用潜力。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1 x＝0.003，y＝0.001，(Lu0.996Ce0.003Li0.001)3Al5O12

激活离子Ce³⁺的浓度为0.3at.％，低价Li⁺掺杂浓度为0.1at.％。将市售的纯度为99.99％的Lu2O3，Al2O3，CeO2和LiOH·H2O原料粉体按化学计量比(Lu0.996Ce0.003Li0.001)3Al5O12称取，采用无水乙醇作球磨介质，以80rmp/min球磨转速在高能球磨机上球磨10h。将球磨后的浆料干燥过筛后，依次经过干压成型和冷等静压成型得到陶瓷素坯，素坯在真空炉中烧结，烧结温度为1750℃，时间为20小时。真空烧结得到的陶瓷样品经过1400℃空气气氛退火处理8h后，进行机械减薄并抛光处理，得到直径为15mm、厚度为1mm致密透明的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁透明陶瓷。

实施例2 x＝0.003，y＝0.003，(Lu0.994Ce0.003Li0.003)3Al5O12

激活离子Ce³⁺的浓度为0.3at.％，低价Li⁺掺杂浓度为0.3at.％。将市售的纯度为99.99％的Lu2O3，Al2O3，CeO2和LiOH·H2O原料粉体按化学计量比(Lu0.994Ce0.003Li0.003)3Al5O12称取，采用无水乙醇作球磨介质，以120rmp/min球磨转速在高能球磨机上球磨8h。将球磨后的浆料干燥过筛后，依次经过干压成型和冷等静压成型得到陶瓷素坯，素坯在真空炉中烧结，烧结温度为1880℃，时间为30小时。真空烧结得到的陶瓷样品经过1500℃空气气氛退火处理12h后，进行机械减薄并抛光处理，得到直径为15mm、厚度为1mm的致密透明的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁透明陶瓷。

实施例3 x＝0.003，y＝0.002，(Lu0.995Ce0.003Li0.001Mg0.001)3Al5O12

激活离子Ce³⁺的浓度为0.3at.％，低价Li与Mg组合掺杂的浓度分别为0.05at.％和0.1at.％。将市售的纯度为99.99％的Lu2O3，Al2O3，CeO2，MgO和Li2O原料粉体按(Lu0.995Ce0.003Li0.001Mg0.001)3Al5O12的化学式称取，采用无水乙醇作球磨介质，以100rmp/min球磨转速在高能球磨机上球磨15h。将球磨后的浆料干燥过筛后，依次经过干压成型和冷等静压成型得到陶瓷素坯，素坯在真空炉中烧结，烧结温度为1850℃，时间为20小时。真空烧结得到的陶瓷样品在氧气与空气的混合中退火20h，退火温度范围1500℃，最终经机械减薄和抛光处理，得到直径为15mm、厚度为1mm的致密透明的LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg,0.1％Li闪烁透明陶瓷。

实施例4 x＝0.005,y＝0.01,(Lu0.985Ce0.005Ca0.01)3Al5O12

激活离子Ce³⁺的浓度为0.5at.％，低价Ca²⁺掺杂浓度为1at.％。采用市售的高纯Lu2O3，Al2O3，CeO2CaO粉体为原料，先将各氧化物和水合物粉体溶于硝酸配制成硝酸盐溶液。或直接采用市售的Lu(NO3)3，Al(NO3)3，Ce(NO3)3和Ca(NO3)2盐为原料。以柠檬酸为络合剂，乙二醇为氧化剂，采用溶胶凝胶-燃烧合成法制备陶瓷前驱体粉体。具体工艺为，按(Lu0.985Ce0.005Ca0.01)3Al5O12的化学式称取Lu(NO3)3，Al(NO3)3，Ce(NO3)3和Ca(NO3)2溶液以及柠檬酸，这里金属离子与柠檬酸的添加量摩尔比为1:2。在磁力搅拌器或水浴中加热搅拌至柠檬酸溶解并使其与金属盐离子充分螯合。添加一定量的乙二醇搅拌至形成溶胶，这里柠檬酸与乙二醇的添加量摩尔比为1:3。再将加热温度升高并继续搅拌，直至形成透明粘稠的凝胶。随后继续提高温度，凝胶发生燃烧反应，冒出黄褐色烟雾，反应结束后得到蓬松前驱体。最后将前驱体粉末在600-1000℃温度范围内煅烧处理，即可得到LuAG:0.5％Ce,1％Ca前驱粉体。将上述的前驱粉体过筛后，依次经过干压成型和冷等静压成型得到陶瓷素坯，素坯在真空炉中烧结，烧结温度为1720℃，时间为50小时。真空烧结得到的陶瓷样品经过1300℃空气气氛退火处理40h后，进行机械减薄并抛光处理，得到直径为15mm、厚度为1mm的致密透明的LuAG:0.5％Ce,1％Ca闪烁透明陶瓷。

实施例5 x＝0.01,y＝0.02,(Lu0.97Ce0.01Zn0.02)3Al5O12

激活离子Ce³⁺的浓度为1at.％，低价Zn²⁺掺杂浓度为2at.％。将市售的纯度为99.99％的Lu2O3，Al2O3，CeO2和ZnO原料粉体按化学计量比(Lu0.97Ce0.01Zn0.02)3Al5O12称取，采用无水乙醇作球磨介质，以60-120rmp/min球磨转速在高能球磨机上球磨10-20h。将球磨后的浆料干燥过筛后，依次经过干压成型和冷等静压成型得到陶瓷素坯，素坯在1760℃温度范围内真空烧结。烧结温度为30℃，时间为20小时。真空烧结得到的陶瓷样品经过1350℃空气气氛退火处理20h后，进行机械减薄并抛光处理，得到直径为15mm、厚度为1mm的致密透明的LuAG:1％Ce,2％Zn闪烁透明陶瓷。

图1按实施例1制备的直径为15mm、厚度为1mm的低价态Li⁺离子掺杂的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的吸收光谱，表明所制备样品中同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺发光离子。由于样品厚度以及仪器原因，图1中Ce³⁺离子在347nm和450nm处的吸收达到饱和。

图2按实施例1制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的激发光谱(λem＝512nm)和发射光谱(λex＝426nm)。横坐标为波长，纵坐标为发光强度。所制备样品的发光峰在512nm处，位于硅光电探测器的高灵敏探测区之内。

图3按实施例1制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的X-射线荧光发射光谱，商用BGO单晶为标准样品。横坐标为波长，纵坐标为发光强度。表明与BGO单晶相比，所制备陶瓷具有非常强的发光效率。

图4按实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷的光产额，表明在1μs-10μs的测试门宽下，其光产额均优于不加Li的LuAG:0.3％Ce陶瓷，并且同时优于同组分的LuAG:0.3％Ce单晶，说明Li的加入对提高材料的光产额具有重要作用。

图5按实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷的闪烁衰减曲线，表明其具有快发光衰减，其衰减特性优同样优于不掺Li的LuAG:0.3％Ce及相应单晶。

图7为按实施例1制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Li闪烁陶瓷的XRD图，表明制备的陶瓷为单一的LuAG立方相，Ce及掺杂离子Li均能较好的溶入晶格。

图8按实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷、实施例3制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg,0.1％Li闪烁陶瓷、对比例1制备的(Lu0.996Ce0.003Mg0.001)3Al5O12闪烁陶瓷以及对比例2制备的(Lu0.997Ce0.003)3Al5O12陶瓷的光产额，表明在1μs-10μs的测试门宽下，其光产额均优于不加Li和Mg的LuAG:0.3％Ce陶瓷，说明Li和Mg的加入对提高材料的光产额具有重要作用。此外，添加了Li的LuAG:Ce,Li闪烁陶瓷及LuAG:Ce,Mg,Li闪烁陶瓷在测试门宽较大时的光产额均高于仅添加Mg的LuAG:Ce,Mg闪烁陶瓷。

图9按实施例2制备的LuAG:0.3％Ce,0.3％Li闪烁陶瓷、实施例3制备的LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg,0.1％Li闪烁陶瓷、对比例1制备的(Lu0.996Ce0.003Mg0.001)3Al5O12闪烁陶瓷以及对比例2制备的(Lu0.997Ce0.003)3Al5O12陶瓷的闪烁衰减曲线，表明其衰减特性同样优于不掺Li和Mg的LuAG:0.3％Ce陶瓷。此外，添加了Li的LuAG:Ce,Li闪烁陶瓷及LuAG:Ce,Mg,Li闪烁陶瓷的衰减时间优于仅添加Mg的LuAG:Ce,Mg闪烁陶瓷，但其快发光分量低于后者。

对比例1 x＝0.003，y＝0.001，(Lu0.996Ce0.003Mg0.001)3Al5O12

激活离子Ce³⁺的浓度为0.3at.％，低价Mg组合掺杂的浓度为0.1at.％。将市售的纯度为99.99％的Lu2O3，Al2O3，CeO2，MgO原料粉体按(Lu0.9955Ce0.003Li0.0005Mg0.001)3Al5O12的化学式称取，采用无水乙醇作球磨介质，以100rmp/min球磨转速在高能球磨机上球磨15h。将球磨后的浆料干燥过筛后，依次经过干压成型和冷等静压成型得到陶瓷素坯，素坯在真空炉中烧结，烧结温度为1850℃，时间为20小时。真空烧结得到的陶瓷样品在氧气与空气的混合中退火20h，退火温度范围1450℃，最终经机械减薄和抛光处理，得到直径为15mm、厚度为1mm的致密透明的LuAG:0.3％Ce,0.1％Mg闪烁透明陶瓷。

对比例2 x＝0.003，y＝0.000，(Lu0.997Ce0.003)3Al5O12

激活离子Ce³⁺的浓度为0.3at.％，低价Li⁺掺杂浓度为0.3at.％。将市售的纯度为99.99％的Lu2O3，Al2O3，CeO2和LiOH·H2O原料粉体按化学计量比(Lu0.997Ce0.003)3Al5O12称取，采用无水乙醇作球磨介质，以120rmp/min球磨转速在高能球磨机上球磨8h。将球磨后的浆料干燥过筛后，依次经过干压成型和冷等静压成型得到陶瓷素坯，素坯在真空炉中烧结，烧结温度为1880℃，时间为30小时。真空烧结得到的陶瓷样品经过1450℃空气气氛退火处理20h后，进行机械减薄并抛光处理，得到直径为15mm、厚度为1mm的致密透明的LuAG:0.3％Ce闪烁透明陶瓷(LuAg:Ce)。