一種納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，首先采用硝酸镥、草酸鈰和正硅酸乙酯TEOS的混合溶液制作成前驅(qū)體溶液；利用超聲噴霧器熱解所配制的前驅(qū)體溶液，并利用載氣將超聲噴霧得到的前驅(qū)體小液滴通過管式熱解爐；使用平板靜電收集器收集得到粒徑分布為200-500nm的閃爍物質(zhì)粉末；在馬弗爐內(nèi)對(duì)所述閃爍物質(zhì)粉末進(jìn)行退火熱處理，得到所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體。所制得的硅酸镥閃爍粉體為球形顆粒，尺寸分布較均勻，其發(fā)光強(qiáng)度是溶膠凝膠法發(fā)光強(qiáng)度的4.4倍，且相比溶膠凝膠法等傳統(tǒng)方法更易實(shí)現(xiàn)連續(xù)、批量化生產(chǎn)。
【專利說明】一種納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及閃爍粉體制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，硅酸镥閃爍晶體光產(chǎn)額高，衰減時(shí)間短，熒光發(fā)射波長適宜，密度較高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能量分辨率高，因而在高能物理特別是正電子發(fā)射層析成像(PET)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。透明閃爍體陶瓷相比閃爍晶體雖然光產(chǎn)額有一定差距，但強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕，制備方法容易，成本較低，因而發(fā)展?jié)摿薮?。納米級(jí)閃爍粉體顆粒小、表面原子數(shù)多、表面能高，燒結(jié)過程中高能量的界面有利于孔洞收縮和空位團(tuán)的消失，因此制備出高純度、單分散、摻雜均勻及高燒結(jié)性的納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體，是決定硅酸镥閃爍陶瓷體性能的關(guān)鍵問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)方案中采用火焰噴霧熱解法生產(chǎn)一系列包括硅酸镥在內(nèi)的納米級(jí)粉末產(chǎn)品，火焰噴霧熱解法易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，獲得的顆粒粒徑小且分布均勻，缺點(diǎn)是由于涉及火焰操作，需要昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，一次性投入較大；另外，其他還有采用固相化學(xué)反應(yīng)法、燃燒法、溶膠凝膠法等制備納米粉體，上述方案中:固相化學(xué)反應(yīng)法需要較高的反應(yīng)溫度和較長的反應(yīng)時(shí)間，且粉體需要球磨，從而易引入雜質(zhì)引起晶格缺陷；燃燒法過程突發(fā)劇烈，不容易控制，合成的粉體顆粒形狀不規(guī)整；溶膠凝膠法過程復(fù)雜，耗時(shí)較長，不適應(yīng)連續(xù)化生產(chǎn)，且溶膠干燥時(shí)易形成嚴(yán)重的 團(tuán)聚，所制備粉體的燒結(jié)性能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，所制得的硅酸镥閃爍粉體為球形顆粒，尺寸分布較均勻，其發(fā)光強(qiáng)度是溶膠凝膠法發(fā)光強(qiáng)度的4.4倍，且相比溶膠凝膠法等傳統(tǒng)方法更易實(shí)現(xiàn)連續(xù)、批量化生產(chǎn)。
[0005]一種納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，所述方法包括:
[0006]采用硝酸镥、草酸鈰和正硅酸乙酯TEOS的混合溶液制作成前驅(qū)體溶液；
[0007]利用超聲噴霧器熱解所配制的前驅(qū)體溶液，并利用載氣將超聲噴霧得到的前驅(qū)體小液滴通過管式熱解爐；
[0008]使用平板靜電收集器收集得到粒徑分布為200_500nm的閃爍物質(zhì)粉末；
[0009]在馬弗爐內(nèi)對(duì)所述閃爍物質(zhì)粉末進(jìn)行退火熱處理，得到所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體。
[0010]所述前驅(qū)體溶液的具體制備過程為:
[0011]將氧化镥Lu203、正硅酸乙酯TEOS和草酸鈰Ce2(C2O4)3按配比(48-50)mol%: (48-50) mo 1%: (0-2) mo 1% 溶解于硝酸中；
[0012]再用去離子水稀釋溶液，使得硝酸镥和正硅酸乙酯的濃度分別為0.01-0.5mol/L和 0.01-0.5mol/L,并調(diào)節(jié) pH 值為 2-4。[0013]所述超聲噴霧器的頻率為100-1700kHz ;所述載氣流量為200_5001/h ;所述管式熱解爐的溫度為700-1000攝氏度；所述平板靜電收集器的電壓為2000-3000V。
[0014]所述閃爍物質(zhì)粉末在所述馬弗爐內(nèi)1200-1500攝氏度下熱處理2_8h。
[0015]所制得的納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體中，鈰離子Ce3+的最佳摻雜量為粉體總配比的
0.10-0.50mol%。
[0016]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所制得的硅酸镥閃爍粉體為球形顆粒，尺寸分布較均勻，其發(fā)光強(qiáng)度是溶膠凝膠法發(fā)光強(qiáng)度的4.4倍，且相比溶膠凝膠法等傳統(tǒng)方法更易實(shí)現(xiàn)連續(xù)、批量化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法流程示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述閃爍粉體在360nm熒光激發(fā)下的發(fā)射光譜示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述鈰離子的摻雜濃度對(duì)閃爍粉體熒光激發(fā)發(fā)光性能的影響對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法具體是利用噴霧熱解法噴霧熱解硝酸镥和正硅酸乙酯的混合溶液，從而制備出鈰離子摻雜的納米尺度的硅酸镥閃爍粉體。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法流程示意圖，所述方法包括:
[0023]步驟11:采用硝酸镥、草酸鈰和正硅酸乙酯TEOS的混合溶液制作成前驅(qū)體溶液
[0024]在該步驟中，所述前驅(qū)體溶液的具體制備過程為:
[0025]首先將氧化镥Lu2O3、正硅酸乙酯TEOS和草酸鈰Ce2 (C2O4) 3按配比(48-50)mol%: (48-50) mo 1%: (0-2) mo 1% 溶解于硝酸中；
[0026]再用去離子水稀釋溶液，使得硝酸镥和正硅酸乙酯的濃度分別為0.01-0.5mol/L和 0.01-0.5mol/L,并調(diào)節(jié) pH 值為 2-4。
[0027]步驟12:利用超聲噴霧器熱解所配制的前驅(qū)體溶液，并利用載氣將超聲噴霧得到的前驅(qū)體小液滴通過管式熱解爐
[0028]在該步驟中，所述超聲噴霧器的頻率為100-1700kHz ;所述載氣流量為200-5001/h ;所述管式熱解爐的溫度為700-1000攝氏度。
[0029]步驟13:使用平板靜電收集器收集得到粒徑分布為200_500nm的閃爍物質(zhì)粉末[0030]這里，所述平板靜電收集器的電壓為2000-3000V。[0031]步驟14:在馬弗爐內(nèi)對(duì)所述閃爍物質(zhì)粉末進(jìn)行退火熱處理，得到所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體。
[0032]在該步驟中，所述閃爍物質(zhì)粉末在所述馬弗爐內(nèi)1200-1500攝氏度下熱處理2-8h。
[0033]且所制得的納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體中，鈰離子Ce3+的最佳摻雜量為粉體總配比的
0.10-0.50mol%o
[0034]下面對(duì)所制備的納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的性能進(jìn)行驗(yàn)證說明，如圖2所示為閃爍粉體在360nm熒光激發(fā)下的發(fā)射光譜示意圖，圖2中虛線為傳統(tǒng)溶膠凝膠法獲得的粉體在同樣條件下的發(fā)射光譜，由圖2可知:采用本實(shí)施例所述方法制備得到的閃爍硅酸镥閃爍粉體的發(fā)光強(qiáng)度約是溶膠凝膠法獲得粉體發(fā)光強(qiáng)度的4.4倍。
[0035]如圖3所示為鈰離子的摻雜濃度對(duì)閃爍粉體熒光激發(fā)發(fā)光性能的影響對(duì)比示意圖，由圖3可知:鈰離子Ce3+的最佳摻雜濃度為0.10-0.50mol%。
[0036]下面以具體的實(shí)例對(duì)上述制備過程進(jìn)行說明:
[0037]首先將39.4000克Lu203、0.2450克Ce、22.70ml正硅酸乙酯溶于硝酸中，并加入去離子水稀釋至1L,調(diào)節(jié)pH值至2-3。
[0038]再調(diào)整超聲噴霧器頻率為1.7MHz，載氣流量為200_300L/h，平板靜電收集器電壓為2000V，管式熱解爐溫度為900°C。
[0039]載氣載著噴霧得到的小液滴通過管式熱解爐后，在靜電收集器上被收集。
[0040]取部分收集到的粉體置于氧化鋁坩堝中，在馬弗爐1100-1300°C下煅燒4_6h，得到摻雜鈰離子的Lu2SiO5粉體，即得到納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體。
[0041]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0042]I)制備過程中混合硝酸镥、正硅酸乙酯和草酸鈰，保證了 Lu3+、Ce3+和Si的定量配比；
[0043]2)所得到的粉體粒徑分布均勻，顆粒大小為200_500nm，屬于納米級(jí)粉體，基本無團(tuán)聚現(xiàn)象；
[0044]3)噴霧熱解過程參數(shù)易調(diào)節(jié)，便于確定不同操作條件下顆粒粒徑分布和發(fā)光強(qiáng)度的最佳參數(shù)；
[0045]4)與傳統(tǒng)方法制備的粉體相比，噴霧熱解法制備的粉體由于尺寸為納米級(jí)，降低了無輻射躍遷的幾率，因此熒光激發(fā)和X射線激發(fā)條件下的發(fā)光性能優(yōu)異，發(fā)光強(qiáng)度為傳統(tǒng)溶膠凝膠方法制備產(chǎn)品的4.4倍。
[0046]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 采用硝酸镥、草酸鈰和正硅酸乙酯TEOS的混合溶液制作成前驅(qū)體溶液； 利用超聲噴霧器熱解所配制的前驅(qū)體溶液，并利用載氣將超聲噴霧得到的前驅(qū)體小液滴通過管式熱解爐； 使用平板靜電收集器收集得到粒徑分布為200-500nm的閃爍物質(zhì)粉末； 在馬弗爐內(nèi)對(duì)所述閃爍物質(zhì)粉末進(jìn)行退火熱處理，得到所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體溶液的具體制備過程為: 將氧化镥Lu203、正硅酸乙酯TEOS和草酸鈰Ce2(C2O4)3按配比(48-50)mo 1%: (48-50)mol%: (0-2) mo 1%溶解于硝酸中； 再用去離子水稀釋溶液，使得硝酸镥和正硅酸乙酯的濃度分別為0.01-0.5mol/L和0.01-0.5mol/L,并調(diào)節(jié) pH 值為 2-4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，其特征在于， 所述超聲噴霧器的頻率為100-1700kHz ;所述載氣流量為200-5001/h ;所述管式熱解爐的溫度為700-1000攝氏度；所述平板靜電收集器的電壓為2000-3000V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，其特征在于， 所述閃爍物質(zhì)粉末在所述馬弗爐內(nèi)1200-1500攝氏度下熱處理2-8h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體的制備方法，其特征在于， 所制得的納米級(jí)硅酸镥閃爍粉體中，鈰離子Ce3+的最佳摻雜量為粉體總配比的0.10-0.50mol%o
【文檔編號(hào)】C01B33/20GK103695001SQ201310656947
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】馮召東, 秦秀波, 魏龍, 劉宇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院高能物理研究所