[发明专利]Ce3+激活的X射线探测用发光材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种闪烁发光材料及其制备方法，更确切的说涉及在X射线激发下有强的发光和快的衰减的三价铈离子(Ce³⁺)激活的闪烁发光材料及其制备方法。

背景技术

闪烁发光材料是一类能将电离辐射能转换成光辐射能的物质。X 射线是常用电离辐射之一。闪烁发光材料被大量地应用于高能物理、核物理、核医学成像、探矿、安全监控、工业无损探测等领域。例如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的探测器上；飞机场和火车站等对行李物品进行安全检测的仪器上。通常，一种性能优异的闪烁发光材料需要满足多方面的要求，主要包括快衰减、高光产额、高稳定性和低成本等。虽然人们对闪烁发光材料的研究已经有了一百多年的历史，但至今没有找到性能非常满意的全能闪烁发光材料。传统的商用无机闪烁发光材料难以满足当前技术的需要。例如CaWO₄、NaI:Tl⁺、Bi₄Ge₃O₁₂ 等，虽然有较高的光产额(> 10⁴ 光子/MeV)，但衰减时间比较长(> 200 ns)；BaF₂、CsI、CeF₃ 等，虽然衰减时间较短(≤ 30 ns)，但光产额较低(几千光子/MeV)。具有较短的衰减时间和较高的光产额的性能相对较好的闪烁发光材料数量比较少。但是，随着高能物理和核医学的迅速发展，人们对快衰减、高密度、高效率的新型无机闪烁发光材料的需求迅速增加。因此，发展新的性能好的闪烁发光材料是一个很有应用前景的研究课题。

三价铈离子(Ce³⁺)的电子构型简单，其发光只涉及5d-4f跃迁。铈离子Ce³⁺的这种跃迁是选择定则允许的跃迁。因此，其荧光发射衰减快，量子产率高，适于制备新型无机闪烁发光材料，如Lu₂SiO₅:Ce³⁺和LaBr₃:Ce³⁺。Ce³⁺离子激活的碱土金属氟镓酸盐发光材料最近已有文献报道，例如：[1] S. Park, et al., Luminescent phosphors based on rare earth substituted oxyfluorides in the A(1)_3-x A(2)_xMO₄F family with A(1)/A(2) = Sr, Ca, Ba and M= Al, Ga, J. Lumin., 29(2009), 952–957; [2] W. Chen, et al., Emitting-color tunable phosphors Sr₃GaO₄F:Ce³⁺ at ultraviolet light and low-voltage electron beam excitation, J. Phys. Chem. C, 113(2009), 17194–17199; [3] W. Im, et al., Sr_2.975-xBa_xCe_0.025AlO₄F: a Highly Efficient Green-Emitting Oxyfluoride Phosphor for Solid State White Lighting, Chem. Mater. (22)2010, 2842–2849; [4] W. Chen, Effect of composition on the luminescence of Ce³⁺ activated Sr₃AlO₄F phosphor for light-emitting diode, J. Alloys Compd., (550)2013, 320–325。但未见关于三价铈离子激活的碱土金属氟镓酸盐闪烁发光的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种可用于X射线探测的闪烁发光材料。

本发明的另一个目的在于提供上述闪烁发光材料的制备方法。