[发明专利]一种掺铈硅酸镥闪烁纤维及其静电纺丝合成方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光功能材料制备技术领域，涉及一种掺铈硅酸镥闪烁纤维及其合成方法，尤其涉及一种静电纺丝合成掺铈硅酸镥闪烁纤维的方法。

背景技术

掺铈硅酸镥（Lu₂SiO₅:Ce³⁺，缩写为LSO:Ce）密度约为7.4g/cm³，密度相对较高，而且荧光衰减时间短，约为30~40ns，不到闪烁单晶BGO的1/7（BGO是一种优良的闪烁单晶，用于核医学探测器），荧光发射峰在光电倍增管的探测敏感范围内，有效原子序数分别为Z=66，对γ射线具有良好的探测效率，能量分辨率与BGO差不多。而且掺铈硅酸镥（LSO:Ce）化学稳定性和高温稳定性优异、不潮解、机械强度高。基于以上突出的特点，掺铈硅酸镥（LSO:Ce）在高能物理、核医学诊断（特别是正电子发射层析照相PET)领域有着广阔的应用前景，是一种颇具潜力的综合性能优良的闪烁材料。目前，已有多个关于掺铈硅酸镥（LSO:Ce）闪烁材料制备方法的报道，例如中国专利CN101993240A公开一种采用放电等离子烧结技术实现Ce³⁺掺杂硅酸镥多晶闪烁光学陶瓷快速制备的方法，中国专利CN101376520A公开一种采用环氧丙烷为反应助剂低温制备Ce³⁺掺杂硅酸镥发光粉体的方法，中国专利CN102391868A公开一种利用液相包裹法低温制备Ce³⁺掺杂硅酸镥粉体的方法。

由于一维纳米材料具有的独特的物理与化学效应，包括优良的机械性能、传输性能、量子效应等，在电、磁、光学等领域有巨大的潜在应用。纳米闪烁纤维的闪烁性能在一维尺度会呈现特殊的变化，而且纤维材料容易成型组装，在闪烁器件方面也有很大的应用潜力。因此，掺铈硅酸镥闪烁纤维相较于其闪烁粉体或闪烁晶体等在核医学诊断领域有更大的应用潜力。在诸多制备纤维的方法中，静电纺丝法是一种生产纳米级纤维简单有效的方法。它的投入成本小，工艺流程简单，原料选择范围广，容易实现对产物形貌、结构、成分的控制，而且能连续制备高长径比的微米纤维或纳米纤维。但是目前尚未见有采用静电纺丝技术制备掺铈硅酸镥闪烁纤维的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺铈硅酸镥闪烁纤维及其静电纺丝合成方法，以制备具有优良性能并在核医学诊断用闪烁材料领域有很大应用潜力的闪烁纤维。

在此，本发明提供一种掺铈硅酸镥闪烁纤维，所述闪烁纤维的化学组成为Lu₂SiO₅:Ce³⁺，Ce/Lu的原子量百分比为0.1%～2%；晶相结构为Lu₂SiO₅，纤维直径在500纳米至2微米之间。

所述闪烁纤维长径比为10:1～100:1。

本发明的掺铈硅酸镥闪烁纤维形貌连续，长径比高，表面光滑，闪烁性能优良，在PET（Positron Emission computed Tomograph正电子发射电子计算机断层图像）等核医学诊断用闪烁材料领域有很大的应用潜力。

另一方面，本发明提供一种静电纺丝合成所述掺铈硅酸镥闪烁纤维的方法，包括：制备含有硅源、镥源、铈源和高分子聚合物的纺丝原液；将所述纺丝原液进行静电纺丝制得掺铈硅酸镥纤维前驱体；将所述前驱体经高温处理得到所述掺铈硅酸镥闪烁纤维。

所述硅源可以是正硅酸乙酯，或公知的正硅酸甲酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯等，而本发明中优选为价格更为低廉的正硅酸乙酯。所述镥源可以是氧化镥、氯化镥或其水合物、硝酸镥或其水合物等，而本发明中优选为性质较为稳定的氧化镥。所述铈源可以是可溶性无机铈盐及其水合物，包括硝酸铈及其水合物、醋酸铈及其水合物、氯化铈及其水合物等，而在本发明中优选为硝酸铈。所述高分子聚合物可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛等，而本发明中优选为聚乙烯醇缩丁醛。