一種稀土發(fā)光材料及其制備方法與應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及發(fā)光與探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種稀土發(fā)光材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)提供一種稀土發(fā)光材料，為三價(jià)稀土鋱離子激活的含镥鎢酸復(fù)鹽，并且具有如下化學(xué)組成表示式：MLu1-xTbx(WO4)2，其中M為堿金屬離子，選自Li+、Na+、K+；Lu3+為三價(jià)稀土镥離子；Tb3+為三價(jià)稀土鋱離子，為發(fā)光中心；x為激活中心Tb3+離子取代基質(zhì)中Lu3+離子的量，0.01≤x≤0.10。上述材料在X射線激發(fā)下具有強(qiáng)的綠光發(fā)射和快的熒光衰減性質(zhì)，適合應(yīng)用于X射線增感屏中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及發(fā)光與探測(cè)
，更具體地，涉及一種稀土發(fā)光材料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
X射線增感屏用探測(cè)材料是一種能夠吸收X射線并將其轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光使感光材料成像的材料，旨在提高檢測(cè)靈敏度、縮短輻射時(shí)間和曝光時(shí)間，主要用于醫(yī)學(xué)影像中X射線透視、安全檢查及工業(yè)無(wú)損探傷。此種探測(cè)材料要求具有高的X射線吸收效率和發(fā)光效率，發(fā)射光譜與感光材料相匹配，并且發(fā)光的余輝時(shí)間較短。材料對(duì)X射線吸收系數(shù)隨著原子序數(shù)和材料密度的增大而增大，因此由原子量大的重元素組成的材料有利于對(duì)X射線的吸收，適用于對(duì)X射線進(jìn)行探測(cè)。現(xiàn)階段的感光片有藍(lán)敏和綠敏兩種，后者更加常用，因此材料的發(fā)光光譜要與之相對(duì)應(yīng)，才能達(dá)到理想的感光效果繼而提高圖像的質(zhì)量。為了避免物體移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的影像重疊和前次影像痕跡殘留，因此兩次照射間隔一般為數(shù)十秒，就要求材料余輝時(shí)間最好遠(yuǎn)小于秒級(jí)。1896年最早而且最長(zhǎng)時(shí)間使用的材料為發(fā)藍(lán)光的CaWO4,具有發(fā)光效率穩(wěn)定、照片斑點(diǎn)少等較好的成像性能，其晶粒為多面體使得成像質(zhì)量好并且廉價(jià)穩(wěn)定易于制備，但增感效率和發(fā)光效率低。其后，Tecotzky發(fā)現(xiàn)吸收和發(fā)光效率更優(yōu)的Gd2O2S = Tb3+ (TecotzkyM, Electrochem.Soc.Meeting, Boston, 1968),Tb3+發(fā)出的特征綠光正好與綠色感光片相匹配，雖然晶體結(jié)構(gòu)為片層，但通過(guò)適當(dāng)合成工藝可以制備得到較好形態(tài)的產(chǎn)品。現(xiàn)階段使用的還有BaFBr: Eu2+，其廉價(jià)、影像銳度較好、光譜匹配度好，但密度較低且晶粒為鱗片狀使得分辨率不高；LaOBr:Tm3+，增感速度最快，影像銳度好，Brixner對(duì)此作了較深入的研究(L.H.Brixner, Mat.Chem.Phys, 16 (1987) 253),但易發(fā)生潮解使發(fā)光衰減。Issler和Torardi對(duì)X射線增感屏用熒光粉進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述(S.L.1ssler, C.C.Torardi,J.Alloy.Compd, 229 (1995) 54)。目前已開(kāi)發(fā)出了許多性能優(yōu)良的X射線增感屏用探測(cè)發(fā)光材料，但每種材料都有自身的缺點(diǎn)，仍然有進(jìn)一步改進(jìn)的空間，在發(fā)光效率方面期待有新的提高，在發(fā)光壽命方面則期待有更快的熒光衰減性能，以提高成像分辨率和縮短被檢查人受X射線輻照的時(shí)間。含镥鎢酸復(fù)鹽具有鎢和镥兩種重元素，對(duì)X射線具有較強(qiáng)的吸收，且鎢酸復(fù)鹽物化性質(zhì)穩(wěn)定。用三價(jià)稀土鋱離子部分取代含镥鎢酸復(fù)鹽中的镥離子，基質(zhì)鎢酸復(fù)鹽能將吸收X射線所獲得的能量傳遞給發(fā)光中心鋱離子發(fā)出綠光。目前尚無(wú)含镥鎢酸復(fù)鹽用于X射線增感屏用發(fā)光材料的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有X射線增感屏用發(fā)光材料發(fā)光效率低、發(fā)光壽命長(zhǎng)的缺陷， 提供一種與感光片匹配度好、突光壽命短的稀土發(fā)光材料。本專利技術(shù)所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供上述稀土發(fā)光材料的制備方法。本專利技術(shù)通過(guò)以下技術(shù)手段達(dá)到上述目的: 一種稀土發(fā)光材料，為三價(jià)稀土鋱離子激活的含镥鎢酸復(fù)鹽，并且具有如下化學(xué)組成表示式:MLUl_xTbx(W04)2，其中M為堿金屬離子，選自Li+、Na+、K+ ;Lu3+為三價(jià)稀土镥離子；Tb3+為三價(jià)稀土鋱離子，為發(fā)光中心；x為Tb3+離子取代基質(zhì)中Lu3+離子的量，0.01 ≤X ≤0.10。上述稀土發(fā)光材料旨在用鎢和镥兩種重元素合成一種對(duì)X射線吸收強(qiáng)的新型高密度基質(zhì)材料，然后用等價(jià)稀土發(fā)光中心鋱離子部分取代基質(zhì)材料中的稀土镥離子，最終合成的材料密度可達(dá)7.30克/立方厘米，在X射線激發(fā)下具有強(qiáng)的綠光發(fā)射和快的熒光衰減性質(zhì)，適合于X射線增感屏用。上述稀土發(fā)光材料在X射線輻照下,基質(zhì)材料MLu (WO4) 2阻擋并吸收X射線并有效地將所獲取的能量傳遞給發(fā)光中心稀土鋱離子，產(chǎn)生綠光發(fā)射，其熒光衰減壽命為0.55毫秒。本專利技術(shù)還提供上述稀土發(fā)光材料的制備方法，其中首先按上述化學(xué)組成表示式的組成和比例稱取相應(yīng)的原料，充分研磨并混合均勻，然后放入高溫爐中灼燒，隨后冷卻取出，研磨后即得到粉末狀的產(chǎn)品。本專利技術(shù)上述方法所使用的原料沒(méi)有特別限制，只要其組成最后能夠符合上述化學(xué)組成表示式的組成和比例，就能制備得出上述稀土發(fā)光材料并達(dá)到相應(yīng)的效果。作為一種優(yōu)選的方案，所述原料包括堿金屬化合物、稀土化合物和鎢化合物，其中:堿金屬化合物為堿金屬碳酸鹽、堿金屬碳酸氫鹽、堿金屬草酸鹽、堿金屬草酸氫鹽、堿金屬硝酸鹽中的一種或多種；稀土化合物為含镥和含鋱的稀土氧化物、稀土草酸鹽、稀土碳酸鹽、稀土硝酸鹽中的一種或多種；鎢化合物為三氧化鎢、堿金屬鎢酸鹽、仲鎢酸銨中的一種或多種。為了進(jìn)一步節(jié)省原料，提高效率，優(yōu)選地，所述堿金屬化合物為堿金屬碳酸鹽或堿金屬碳酸氫鹽，所述鎢氧化物為三氧化鎢、堿金屬鎢酸鹽或仲鎢酸銨，所述稀土化合物為三氧化二镥和七氧化四鋱。上述灼燒可以使用本領(lǐng)域常用的灼燒方法，但更優(yōu)選采用以下分段灼燒方案:500-700°C恒溫2 6小時(shí)，再升至1000°C恒溫反應(yīng)3 8小時(shí)。作為一種最優(yōu)選的技術(shù)方案，本專利技術(shù)的新型X射線增感屏用稀土發(fā)光材料按以下步驟通過(guò)高溫固相法合成:按化學(xué)計(jì)量摩爾比稱取原料堿金屬碳酸(氫)鹽M2CO3 (MHCO3)與三氧化鎢、堿金屬鎢酸鹽或仲鎢酸銨(WO3、M2WO4或H42NltlO42W12 )，按摻雜摩爾百分比0.01≤X≤0.10稱取稀土氧化物L(fēng)u203、Tb4O7，充分研磨均勻，裝入剛玉坩堝內(nèi)于高溫爐中空氣浴加熱到500-700°C預(yù)燒2-6小時(shí)，再升至1000°C恒溫反應(yīng)3_8小時(shí)，自然冷卻后研磨成粉末得到最終產(chǎn)品。經(jīng)檢驗(yàn)產(chǎn)品中不存在四價(jià)鋱離子Tb4+，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中全部被還原為三價(jià)鋱離子Tb3+。本專利技術(shù)的稀土發(fā)光材料特別適合用于制備X射線增感屏，因此本專利技術(shù)還提供上述稀土發(fā)光材料在制備X射線增感屏中的應(yīng)用。相應(yīng)地，本專利技術(shù)還提供一種X射線增感屏，由發(fā)光材料制成，特別地，所述發(fā)光材料為上述稀土發(fā)光材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益效果:制備方法簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)品密度高，具有強(qiáng)的X射線吸收能力，且在X射線激發(fā)下表現(xiàn)為強(qiáng)的綠色發(fā)射性質(zhì)，與綠敏感光片匹配度好，熒光壽命短，適用應(yīng)用于X射線增感屏中。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例27中稀土發(fā)光材料在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜。圖2為實(shí)施例27中稀土發(fā)光材料的熒光衰減曲線及壽命擬合結(jié)果。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 稱取碳酸鋰(Li2CO3)0.09 g，三氧化鎢(WO3)1.16 g，三氧化二镥(Lu2O3)0.49 g和七氧化四鋱(Tb4O7) 0.01 g，于瑪瑙研缽中充分研磨均勻，裝入石英坩堝內(nèi)于高溫爐中空氣浴加熱到600°C恒溫2小時(shí)，再升至1000°C恒溫8小時(shí)，自然冷卻后研磨成粉末得到最終產(chǎn)品。實(shí)施例2 稱取碳酸鈉(Na2CO3)0.13 g，三氧化鎢(WO3)1.16 g，三氧化二镥(Lu2O3)0.48 g和七氧化四鋱(Tb4O7) 0.01 g，于瑪瑙研缽中充分研磨均勻，裝入石英坩堝內(nèi)于高溫爐中空氣浴加熱到500°C恒溫4小時(shí)，再升至KKKTC恒溫4小時(shí)，自然冷卻后研磨成粉末得到最終產(chǎn)品。實(shí)施例3 稱取碳酸鉀(K2CO3) 0.17 g，三氧化鎢(WO3)1.16 g，三氧化二镥(Lu2O3) 0.47 g和七氧化四鋱(Tb4O7) 0.02 g本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種稀土發(fā)光材料，其特征在于，為三價(jià)稀土鋱離子激活的含镥鎢酸復(fù)鹽，并且具有如下化學(xué)組成表示式：MLu1?xTbx(WO4)2，其中M為堿金屬離子，選自Li+、Na+、K+；Lu3+為三價(jià)稀土镥離子；Tb3+為三價(jià)稀土鋱離子，為發(fā)光中心；x為Tb3+離子取代基質(zhì)中Lu3+離子的量，0.01≤x≤0.10。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種稀土發(fā)光材料，其特征在于，為三價(jià)稀土鋱離子激活的含镥鎢酸復(fù)鹽，并且具有如下化學(xué)組成表示式=MLUhTbx(WO4)2，其中 M為堿金屬離子，選自Li+、Na+、K+ ； Lu3+為三價(jià)稀土镥離子；Tb3+為三價(jià)稀土鋱離子，為發(fā)光中心； X為Tb3+離子取代基質(zhì)中Lu3+離子的量，0.01 ^ X ^ 0.10。2.—種權(quán)利要求1所述稀土發(fā)光材料的制備方法，其特征在于:首先按化學(xué)組成表示式的組成和比例稱取相應(yīng)的原料，充分研磨并混合均勻，然后放入高溫爐中灼燒，隨后冷卻取出，研磨后即得到粉末狀的產(chǎn)品。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述原...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘玖平，王子俊，王靜，梁宏斌，蘇鏘，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中山大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：