專(zhuān)利名稱(chēng)：采用有機(jī)化合物輔助低溫制備Ce³⁺摻雜硅酸镥發(fā)光粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用有機(jī)化合物輔助低溫制備Ce3+摻雜硅酸镥發(fā)光粉體的方法，屬稀土化 合物發(fā)光粉體制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1992年C丄.Melcher和J.S.Schweitzer兩人首次發(fā)現(xiàn)Lu2Si05(LSO:Ce)單晶材料是一種性能 優(yōu)越的閃爍體材料，其密度為7.4g/cm3，有效原子數(shù)為66，輻射長(zhǎng)度為U4cm，發(fā)射強(qiáng)度是鉈 摻雜碘化鈉的75%，光輸出為26300ph/Mev,衰減時(shí)間為40ns，能量分辨率為9%,，以及發(fā)射峰 處于420nm?；谝陨咸攸c(diǎn)，該種材料在CT (計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)，Computed Tomography)， 正電子斷層掃描技術(shù)(PET: Positron Emission Tomography)等核醫(yī)療成像技術(shù)方面有著廣闊的 應(yīng)用前景。鈰摻雜硅酸镥閃爍單晶的研究取得了巨大的進(jìn)展，同時(shí)也面臨諸多問(wèn)題，其中較 為嚴(yán)重的問(wèn)題就是高質(zhì)量LSO單晶的制備。傳統(tǒng)的單晶制備工藝(Czochralski法)雖然可以 獲得性能優(yōu)越的閃爍體晶體，但是，210(TC的生長(zhǎng)溫度和2mm/h的拉晶速度，不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè) 備提出較高要求，而且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。此外，Ce在熔體中的分凝系數(shù)也限制了C^+在大尺寸 LSO單晶中的均勻分布。為解決以上問(wèn)題，我們考慮釆用多晶陶瓷制備工藝研制鈰摻雜的硅 酸镥閃爍多晶塊體材料。該思路需要解決的一個(gè)最重要問(wèn)題是納米尺寸高活性多晶硅酸镥粉 體的獲得，因?yàn)檩^高燒結(jié)活性的粉體在后續(xù)的致密化燒結(jié)過(guò)程中易于制備出接近理論密度的 多晶體材料。納米粒子因其特有的性能具有較高的燒結(jié)活性，所以我們希望在較低的合成溫 度下制備出納米級(jí)的多晶硅酸镥粉體。
從現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，LSO材料的合成溫度很高，而且合成產(chǎn)物中經(jīng)常包含較多的雜質(zhì) 相。像固相法在1400 150(TC才可以合成LSO相粉體，HayetFarhi以氧化镥粉末和氣凝二氧化 硅為原料，均勻混合后壓片，在140(TC退火100小時(shí)獲得了純相的硅酸镥粉體。1400。C的煅燒
溫度導(dǎo)致晶粒團(tuán)聚嚴(yán)重，顆粒的活性顯著降低，嚴(yán)重制約后續(xù)致密化過(guò)程的完成?；诖见} 水解的溶膠凝膠法可以促使反應(yīng)物元素之間的均勻混合，材料的合成溫度也因此降低到1200 °C，像C.Mansuy使用氯化镥，鉀的醇鹽以及TEOS為原料通過(guò)Sol-gel工藝獲得LSO前軀體， 經(jīng)120(TC煅燒6小時(shí)后制得硅酸镥粉體。但該溶膠凝膠法的問(wèn)題就是反應(yīng)條件較為苛刻，對(duì)水 氣很敏感， 一般要求在真空條件或者干燥的氮?dú)夥障逻M(jìn)行，而且制備周期長(zhǎng)，像ERIC BESCHER使用金屬Lu、異丙醇和TEOS為起始原料，以氯化汞為催化劑，在真空環(huán)境中回流 3 5天方可獲得溶膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用有機(jī)化合物輔助低溫制備Ce3+摻雜硅酸镥發(fā)光粉體的方法。 本發(fā)明一種采用有機(jī)化合物輔助低溫制備Ce3+摻雜硅酸镥發(fā)光粉體的方法，其特征在于是 有以下的過(guò)程和步驟
a. 設(shè)計(jì)確定C^+摻雜硅酸镥的化學(xué)分子式
(Lu^Cex) 2Si05.其中，x為摻雜稀土Ce的摩爾含量，x=0.001-0.05;
b. 將氯化镥粉料及正硅酸乙酯(TEOS)按摩爾比2: l溶解于適量的異丙醇中，將混合 溶液攪拌10-60分鐘后加入反應(yīng)助劑環(huán)氧丙垸(PPO)環(huán)氧丙垸的加入量按Lu的摩爾質(zhì)量為
基準(zhǔn)，即兩者的比值為PPO:LU=20: 1;隨后加入少量硝酸鈰，硝酸鈰的加入量按上述化學(xué)
式計(jì)算，即Lu3、 Ce3+= (l-x): x， x=0.001-0.05;將混合溶液在密閉環(huán)境下，磁力攪拌下反 應(yīng)6-30小時(shí)后，獲得乳白色凝膠狀沉淀物；既為前驅(qū)沉淀物；
c. 將上述前驅(qū)沉淀物置于空氣氛下60-10(TC干燥5-20小時(shí)，然后與900-1300'C下進(jìn) 行煅燒處理，并在該溫度下保溫2-6小時(shí)；升溫速率為l-5'C/分鐘；最終得到Ce'+摻雜硅酸 發(fā)光粉體。
本發(fā)明中的特點(diǎn)是采用氯化镥(LuCl3)和正硅酸乙酯(TEOS)為原料，在制備硅酸镥粉末
前驅(qū)體的液相體系中引入環(huán)氧丙垸(PP0)作為反應(yīng)助劑，環(huán)氧丙垸具有一定的化學(xué)特性環(huán) 氧丙烷中的具有孤對(duì)電子的氧吸引溶液中的質(zhì)子氫，并在強(qiáng)陰離子的作用下實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)反應(yīng)， 最終實(shí)現(xiàn)溶液的PH值緩慢提高。
本發(fā)明方法中的主要原理可表述如下環(huán)氧丙烷與反應(yīng)溶液中水離解出的質(zhì)子氫鍵和， 并在氯化镥離解出的氯離子的作用下開(kāi)環(huán)，溶液的pH值由此緩慢升高，結(jié)果產(chǎn)生的就是Lu 緩慢的羥基化，并在正硅酸乙酯(TE0S)水解產(chǎn)生的原硅酸能夠與剛剛生成的羥基Lu立即發(fā)
生縮合反應(yīng)，最終可以獲得均勻的凝膠體系。
環(huán)氧丙烷(ppo)的作用反應(yīng)式如下-
H+
Q H，O A MxNy CH3- H— H2 CH3—qH2
OH- * M(0H)n
") -\^ w N OH OH N
、CH3 CH3
其中，M為L(zhǎng)u， N為Cl。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)如下
(1) .通過(guò)采用環(huán)氧丙垸(PPO)作為反應(yīng)助劑，保證了稀土原子Lu可以在更小尺度 范圍內(nèi)與元素Si進(jìn)行均勻混合。
(2) .本發(fā)明方法得到的粉體其粒徑分布均勻，粒徑大小為100-200nm，粒徑基本無(wú)團(tuán) 聚；本發(fā)明方法在100(TC溫度下煅燒2小時(shí)可以獲得純相的納米級(jí)硅酸镥粉體；與固相法相 比，硅酸镥的合成溫度降低了 400'C左右；與溶膠凝膠法相比，合成溫度降低了20(TC。


圖l為本發(fā)明方法中所得前驅(qū)沉淀物的掃描電鏡(SEM)形貌圖，
圖2為本發(fā)明方法所得前驅(qū)沉淀物在不同溫度下煅燒2小時(shí)后的X射線衍射(XRD)譜圖。 圖3為前驅(qū)沉淀物在IOOO'C煅燒2小時(shí)獲得的硅酸镥(LSO)發(fā)光粉體的掃描電鏡(SEM) 形貌圖。其中(a)為低倍形貌圖，(b)為高倍形貌圖。
圖4為前驅(qū)沉淀物在IOO(TC煅燒2小時(shí)獲得的硅酸镥(LSO)粉體的TEM形貌(a)和HTEM 形貌(b)。
圖5為本發(fā)明制得的納米Ce3+摻雜硅酸镥粉體的激發(fā)光譜與發(fā)射光譜。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例詳述如下。 實(shí)施例1
將20g的氯化镥(LuCl3)， 8.05ml的正硅酸乙酯(TEOS) (二氧化硅的含量為28. 4%)溶 解于20ml的異丙醇中，在600轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下攪拌30分鐘，隨后加入99. 61ml濃度為 14. 26mol/l的反應(yīng)助劑環(huán)氧丙烷(PPO)以及0. 68ml濃度為0. 522mol/l的硝酸鈰溶液，于 密閉環(huán)境中磁力攪拌24小時(shí)，攪拌速率為1800轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)結(jié)束后獲得白色凝膠狀沉淀物， 既為前驅(qū)沉淀物。將前驅(qū)沉淀物于IOO'C下干燥后置于氧化鋁坩堝中于馬弗爐中在IOO(TC下 進(jìn)行煅燒處理，并在該溫度下保溫2小時(shí)，升溫速率為1. 5°C/min，最終得到"3+摻雜硅酸镥 發(fā)光粉體。 實(shí)施例2
將8g的氯化镥(LuCl3)， 3. 22ml的正硅酸乙酯(TEOS) (二氧化硅的含量為28. 4%)溶解 于10ml的異丙醇中，在600轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下攪拌30分鐘，隨后加入39. 84ml濃度為14. 26mol/l 的反應(yīng)助劑環(huán)氧丙垸(PPO)以及0. 27ml濃度為0. 522mol/l的硝酸鈰溶液，于密閉環(huán)境中磁 力攪拌24小時(shí)，攪拌速率為1800轉(zhuǎn)/分鐘，反應(yīng)結(jié)束后獲得白色凝膠狀沉淀物，既為前驅(qū)沉 淀物。將前驅(qū)沉淀物于IO(TC下干燥后置于氧化鋁坩堝中于馬弗爐中在IOO(TC下進(jìn)行煅燒處 理，并在該溫度下保溫2小時(shí)，升溫速率為1.5TVmin，最終得到Ce3+摻雜硅酸镥發(fā)光粉體。
本發(fā)明實(shí)施例中所得的粉體樣品經(jīng)各項(xiàng)儀器檢測(cè)的結(jié)果列出于附圖中。
圖l為本實(shí)施例中所得前驅(qū)沉淀物的掃描電鏡(SEM)形貌圖。
圖2為本實(shí)施例中所得前驅(qū)沉淀物在不同溫度下煅燒2小時(shí)后的X射線衍射(XRD)圖譜。 圖中可見(jiàn)，其衍射峰都與單相硅酸镥PDF卡片(41-0239)相對(duì)應(yīng)，雜相的衍射峰幾乎沒(méi)有。 由此說(shuō)明，使用本發(fā)明方法在較低的溫度能合成純相的硅酸镥發(fā)光粉體。
圖3為本實(shí)施例中所得前驅(qū)沉淀物在IOO(TC煅燒2小時(shí)獲得的硅酸镥發(fā)光粉體的掃描電 鏡(SEM)相貌圖。由圖可見(jiàn)，硅酸镥粉體的單顆粒尺寸約為100nm，單顆粒大小分布均勻， 無(wú)嚴(yán)重團(tuán)聚現(xiàn)象。
圖4為本實(shí)施例中所得前驅(qū)沉淀物在IOO(TC煆燒2小時(shí)獲得的硅酸镥粉體的TEM形貌(a)
和服TEM形貌(b)圖。
圖5為本實(shí)施例中所得的納米Ce3+摻雜硅酸镥粉體的激發(fā)光譜與發(fā)射光譜。 本發(fā)明方法所制得的Ce: LS0發(fā)光粉體可以用于閃爍體探測(cè)器中的閃爍晶體的生長(zhǎng)，可
用于閃爍陶瓷材料的制備，也可單獨(dú)用作發(fā)光粉體。
權(quán)利要求
1. 一種采用有機(jī)化合物低溫制備Ce3+摻雜硅酸镥發(fā)光粉體的方法。其特征在于是有以下的過(guò)程和步驟a. 設(shè)計(jì)確定Ce3+摻雜硅酸镥的化學(xué)分子式(Lu1-xCex)2SiO5，其中，x為摻雜稀土Ce的摩爾含量，x＝0.001-0.05；b. 將氯化镥粉料及正硅酸乙酯(TEOS)按摩爾比21溶解于適量的異丙醇中，將混合溶液攪拌10-60分鐘后加入反應(yīng)助劑環(huán)氧丙烷(PPO)，環(huán)氧丙烷的加入量按Lu的摩爾含量為基準(zhǔn)，即兩者的比值為PPO:Lu＝201；隨后加入少量硝酸鈰，硝酸鈰的加入量按上述化學(xué)式計(jì)算，即Lu3+Ce3+＝(1-x)x，x＝0.001-0.05；將混合溶液在密閉環(huán)境下，磁力攪拌下反應(yīng)6-30小時(shí)后，獲得乳白色凝膠狀沉淀物；既為前驅(qū)沉淀物；c. 將上述前驅(qū)沉淀物置于空氣氛下60-100℃干燥5-20小時(shí)，然后與900-1300℃下進(jìn)行煅燒處理，并在該溫度下保溫2-6小時(shí)；升溫速率為1-5℃/分鐘；最終得到Ce3+摻雜多晶硅酸镥發(fā)光粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用有機(jī)化合物輔助低溫制備Ce³⁺摻雜硅酸镥發(fā)光粉體的方法，屬稀土化合物發(fā)光粉體制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點(diǎn)是以三氯化镥(LuCl₃)，正硅酸乙酯(TEOS)為原料，以環(huán)氧丙烷(PPO)為反應(yīng)助劑，經(jīng)適當(dāng)?shù)囊合喾磻?yīng)得到前驅(qū)沉淀物，隨后在900-1300℃下進(jìn)行煅燒處理，并在該溫度下保溫2-6小時(shí)，最終得到Ce³⁺摻雜硅酸镥發(fā)光粉體。所得的粉體粒徑為200納米左右，顆粒分布均勻，并且基本無(wú)團(tuán)聚。本發(fā)明方法在較低溫度1000℃下煅燒2小時(shí)候即可獲得單相的硅酸镥(LSO)粉體。本發(fā)明方法所制得的Ce:LSO發(fā)光粉體可用于閃爍體探測(cè)器中的閃爍晶體生長(zhǎng)，可用于閃爍陶瓷材料的制備，也可單獨(dú)用作發(fā)光粉體。
文檔編號(hào)C09K11/79GK101376520SQ200810200290
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者平 云, 鼎 周, 鷹 施, 謝建軍 申請(qǐng)人:上海大學(xué)