[发明专利]一种闪烁发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种闪烁发光材料及其制备方法。所述闪烁发光材料的化学通式为(Mg_1‑xZn_x)₄(Ta_1‑yNb_y)₂O₉，其中，x＝0～1，y＝0～1。制备方法为：按化学通式称取原料，将所有原料混合均匀；然后将混合物在空气气氛中依次预烧、煅烧，再自然冷却到室温，研磨即可。本发明中的闪烁发光材料采用高温固相法合成，在空气中稳定存在，工艺安全简单，容易控制。在X射线激发下，得到的样品光产额在18035～70150ph/MeV，最高可达CsI(Tl)的1.3倍、Mg₄Ta₂O₉(MTO)和CdWO₄的4.4倍。

技术领域

本发明涉及一种高能射线探测用(Mg_1-xZn_x)₄(Ta_1-yNb_y)₂O₉(x＝0～1；y＝0～1)闪烁发光材料及制备方法，属于高性能闪烁体材料及高能射线探测技术领域。

背景技术

闪烁体是指在射线(X射线、γ射线)或高能粒子等辐射能量作用下发射紫外或可见光的发光材料。对于固体闪烁体而言，主要包括有机闪烁体和无机闪烁体。相比于有机闪烁体，无机闪烁体拥有密度高、原子序数大、理化性能稳定等优势，目前已经广泛应用于医学成像、核物理、高能物理、安检以及工业探测等领域中。当今时代安全检查越来越重要，需要大量高性能辐射探测闪烁体材料，目前比较成熟的安检探头材料主要有CdWO₄晶体、CsI(Tl)晶体等。

CdWO₄晶体为单斜晶系，属于黑钨矿结构，空间群P12/c1，密度为7.9g/cm³，有效原子序数为64.2，熔点为1325℃，非常适合坩埚下降法生长，原料便宜，成本较低。其γ射线衰减时间为14μs，光产额为12000～15000ph/MeV，能量分辨率为8.3％。CdWO₄闪烁单晶具有发光效率较高、余辉小(0.01％/3ms)、X射线吸收系数大、抗辐照损伤性能强、材料密度大、无潮解性等特性，综合性能优良，但Cd是剧毒重金属元素，而且CdWO₄晶体脆性很大，在加工时容易沿解理面开裂。CsI(Tl)晶体是典型的碱卤离子晶体，属立方晶系，空间群Pm-3m，密度为4.5g/cm³，有效原子序数为54，易溶于水和醇，熔点较低，为621℃，易于生长，同时具有良好的闪烁性能，其光输出为52000～56000ph/MeV，γ射线衰减时间为1μs，但其余辉较强，在X射线停照3ms后，余辉约在2％范围内，余辉随着激活剂浓度的增加有上升的趋势。CsI(Tl)晶体在550nm处的闪烁发光带与硅光电二极管阵列(500～530nm)以及光电倍增管(430～470nm)都有较好的光谱匹配。总体上，CsI(Tl)晶体综合性能优良，已广泛应用于射线探测领域。但缺点是Tl同样有剧毒，且晶体有一定的潮解。因此，探索新型的适合安检应用的具有优异性能的闪烁晶体，是当前安检应用领域的迫切需求和发展重心。

专利ZL201810018733.6公开了一种本征发光的闪烁晶体钽酸镁及其制备方法和用途，其化学式为Mg₄Ta₂O₉，属于六方晶系，具有钛铁矿结构，闪烁发光的光产额为16000ph/MeV，和CdWO₄晶体相当，约为CsI(Tl)晶体光产额的30％，衰减时间为5μs，优于CdWO₄晶体，但比CsI(Tl)晶体长。能量分辨率为6.2％，高于CdWO₄晶体，和CsI(Tl)相当。该晶体环境友好，从生产、加工到应用、回收都没有有毒元素环境污染的问题，在射线成像探头方面有潜在的应用前景。Mg₄Ta₂O₉作为新型的本征发光的闪烁体，其掺杂改性规律还未深入研究。