[发明专利]溶胶-凝胶法制备闪烁体材料纳米粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于核医学成像技术、X射线探测器材料的掺铈二氧化铪纳米粉体的制备方法，特别涉及闪烁体材料BaHfO₃:Ce³⁺纳米粉体的制备方法。

背景技术

闪烁体材料是一种有效吸收高能射线(如X-射线、γ-射线等)、高能粒子并发出紫外或可见光的功能材料。将闪烁体与光电倍增管或光电二级管耦合制成的器件是核医疗成像设备中的重要组成部分。目前，在医疗影像设备中应用的闪烁体材料主要是闪烁晶体和闪烁陶瓷。闪烁晶体制备存在工艺复杂，生产周期长，大尺寸成本高等问题。由于闪烁陶瓷借助粉末烧结理论和烧结工艺能实现离子均匀掺杂、尺寸可剪裁及良好机械加工性等优点，已成为闪烁探测材料的首选对象，并使新型闪烁材料作为当前研究热点和前沿方向。

碱土铪酸盐[MHfO₃，M＝(Ca，Sr，Ba)]属于钙钛矿型氧化物，密度高，具有稳定的立方晶体结构，光学各向同性的结构阻止了任何方向折射率差的问题，在晶界上消除光散射，易实现透明性。Ce³⁺常用于闪烁体激活离子，Ce³⁺的5d-4f跃迁产生高强快速荧光。掺Ce³⁺铪酸盐具有高的光输出，衰变时间短和射线阻止本领高等特征，是适应于快速响应探测器的极有前途的陶瓷闪烁体材料。

目前，国内外制备BaHfO₃:Ce³⁺粉体主要采用固相合成、共沉淀法和燃烧法，固相法合成温度高，产物纯度低，粒径大，不适合制备高性能的陶瓷闪烁体。共沉淀法合成工艺复杂、制备周期长，这不仅导致合成成本高，而且易引起粉体粒的硬团聚。燃烧法存在粉体粒径分布较宽的问题，且不适合工业化大批量生颗生产。溶胶-凝胶法(sol-gel)作为一种湿化学法具有化学组分均匀、高纯度、超细性、制备温度低、节省能源等优点，适合制备短余辉、实现分子级均匀掺杂，工艺相对简单、成本低廉的优良闪烁陶瓷粉体材料。

发明内容

本发明提供了一种湿化学溶胶-凝胶法制备掺杂Ce³⁺的BaHfO₃闪烁体纳米粉体的方法。该闪烁体材料化学式为BaHfO₃:Ce³⁺，其中Ba²⁺:Hf⁴⁺的原子比率是从0.85:1-0.95:1；冒号后的Ce³⁺表示掺杂剂，Ce³⁺的掺杂浓度(摩尔分数)是从0.3％-1.1％。采用柠檬酸为螯合剂，在加入少量乙二醇的情况下合成BaHfO₃:Ce³⁺纳米发光粉体。该方法工艺简单，可以在较低的温度下制备，所得BaHfO₃:Ce³⁺粉体粒径小，分布均匀，基本呈球状。

本发明采用的技术方案是：

溶胶-凝胶法制备闪烁体材料纳米粉体的方法，所述闪烁体材料为BaHfO3:Ce3+纳米粉体，该制备方法中的粉体Ba(NO3)2(99.9％)、HfOC12·8H2O(99.99％)、Ce(NO3)3(99.9％)，柠檬酸(C6H8O7·H2O)、乙二醇(C2H6O2)、氨水、硝酸均为分析纯试剂；总的金属离子和柠檬酸的摩尔比为1:1-1:3，金属离子和乙二醇的摩尔比为1:2-1:6；稀土溶液的初始浓度范围在0.1mol/L到1mol/L范围之内；其制备包括初始金属硝酸盐溶液的配置、成胶、干燥以及干凝胶的煅烧过程；其制备步骤为：称取上述原料并配制Ba²⁺、Ce³⁺、Hf⁴⁺的硝酸盐混合溶液，按与总的金属离子(Ba²⁺，Hf⁴⁺，Ce³⁺)摩尔比1:1-1:3和1:2-1:6加入柠檬酸和乙二醇，去离子水控制溶液起始浓度为0.1mol/L到1mol/L，磁力搅拌器加热搅拌，氨水调节混合溶液为PH＝0.6-4.8，恒温水浴锅加热即可得到透明溶胶和凝胶，将凝胶放入真空干燥箱内100-130℃烘干得到蓬松前驱体，前驱体经研磨后倒入坩埚置于马弗炉中，经600-1200℃煅烧2-4h，得到BaHfO₃:Ce³⁺纳米粉体。