一种锌铊共掺碘化钠晶体与生长方法

本发明属于晶体生长，特别涉及一种锌铊共掺碘化钠晶体与生长方法。

背景技术：

1、铊激活碘化钠(tl:nai)晶体以其高光产额、快衰减时间、热锻后可提升生长态的晶体的机械性能和温度稳定性以及低成本等优点，仍然是目前最广泛使用的闪烁晶体之一。与此同时，理论估计表明，这种闪烁体的光产额和能量分辨率都远未达到极限。提高闪烁材料性能一直是闪烁材料研究领域的一个重要科学挑战。优化晶体工艺和加入掺杂元素是目前提高晶体闪烁性能的重要手段。

2、目前，研究学者已经测试了周期表中大部分元素，用来确定能否提高能量传递和闪烁效率。发现，mn、pb、ag、氧化物、硫族元素和卤族元素对nai晶体的性能影响很小。此外研究者还进行了双掺和多掺的工作，其中sr2+和ca2+离子共掺以及碱土金属元素和eu2+多掺可以提高tl:nai晶体的光输出和能量分辨率性能。通过共掺或多掺的工作，确实提高了tl:nai晶体的闪烁性能，但额外提高了晶体的生长成本，降低了工业生产的实用性。

技术实现思路

1、本发明提供一种锌铊共掺碘化钠晶体与生长方法，闪烁性能相对于tl:nai晶体得到了提升，同时所生长晶体具有良好的单一性以及光学均匀性。

2、为了实现上述目的，一方面，一种锌铊共掺碘化钠晶体，该晶体的组成通式为znx:tly:nai，其中，x为zn的掺杂浓度，0.05％≤x≤0.50％mol，y为tl的掺杂浓度，0.16％≤y≤0.20％mol。

3、另一方面，基于上述一种锌铊共掺碘化钠晶体的生长方法，包括：

4、以坩埚下降法进行晶体生长，按照组成通式znx:tly:nai分别称取nai、tli、zni2，并将其进行混合、密封于坩埚中，将密封好的坩埚置于晶体生长炉中行升温度至780～830℃并保温一定时间，至原料完全熔化并混合均匀；

5、原料熔化后坩埚以温度梯度8～10℃/cm，再以生长速率为1.5～3.0mm/h的下降速度使石英坩埚在炉体内下降，晶体从坩埚底部开始成核并生长，直至熔体完全结晶；

6、对凝固结晶完成的晶体进行退火，退火速率6～8℃/h将退火后的凝固晶体在室温下取出，获得锌铊共掺碘化钠晶体。

7、本方法的进一步改进在于，还包括：将退火后的凝固晶体在室温下取出，经切割、打磨、抛光等工序生长成晶体样品。

8、由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

9、1、本发明提供的zn:tl:nai晶体提高了tl:nai晶体的闪烁性能，能量分辨与相对光输出均得到提高，且晶体仍保持良好的单一性与光学均匀性；

10、2、本发明提供的zn:tl:nai晶体在提高了tl:nai晶体的闪烁性能的同时，降低了生产成本，提高了工业生产的实用性。

技术特征：

1.一种锌铊共掺碘化钠晶体，其特征在于，该晶体的组成通式为znx:tly:nai，其中，x为zn的掺杂浓度，0.05％≤x≤0.50％mol，y为tl的掺杂浓度，0.16％≤y≤0.20％mol。

2.根据权利要求1所述的一种锌铊共掺碘化钠晶体的生长方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的一种锌铊共掺碘化钠晶体的生长方法，其特征在于，还包括：将退火后的晶体在室温下取出，经切割、打磨、抛光等工序制备成晶体样品。

技术总结
本发明公开了一种锌铊共掺碘化钠晶体与生长方法，该晶体的组成通式为Zn<subgt;x</subgt;:Tl<subgt;y</subgt;:NaI，其中x为Zn的掺杂浓度，0.05％≤x≤0.50％mol，y为Tl的掺杂浓度，0.16％≤y≤0.20％mol；以坩埚下降法进行晶体生长，称取NaI、TlI、ZnI<subgt;2</subgt;进行混合、密封于坩埚中，将密封好的坩埚置于晶体生长炉中进行升温度至780～830℃，保持温度至原料完全熔化并混合均匀；然后设置温度梯度8～10℃/cm，坩埚以1.5～3.0mm/h的速度在炉体内下降进行晶体生长；生长完成再以6～8℃/h退火速率降至室温。Zn:Tl:NaI晶体提高了Tl:NaI晶体的闪烁性能，且晶体具有良好的单一性与光学均匀性。

技术研发人员：徐朝鹏,尹祖荣,田东升,张斌,徐悟生,张镇玺,贾永超
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15