專利名稱：立方相的固溶體閃爍材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及無機材料及其制備技術(shù)領域，特別是用燃燒法制備一種立方
相HfO廠Sc203: Eu3+的固溶體閃爍材料。
背景技術(shù)：
閃爍材料是一種吸收高能光子后發(fā)出可見光的光功能材料，被廣泛應用 于高能物理(如精密電磁量能器)、核醫(yī)學(如X-CT、 PET)、工業(yè)應用(CT探傷)、 空間物理、地質(zhì)勘探等領域。數(shù)量最多、應用最廣的當推無機閃爍體。
研制高性能閃爍陶瓷材料來逐步取代目前廣泛使用的單晶閃爍材料是閃 爍探測目前重要的研究方向，研究重點內(nèi)容包括"l)探索高性能閃爍陶瓷新 材料體系，主要是高密度、具有立方晶相、高光輸出和較短衰減時間的新材料 體系，如氧化镥基材料、鉿酸鹽材料等。(2)研究和開發(fā)閃爍材料的先進制備 工藝，包括濕化學方法如燃燒法、共沉淀法合成組成可控、燒結(jié)性能優(yōu)良、發(fā) 光性能良好的閃爍陶瓷粉體。(3)研究各類不同摻雜元素對材料閃爍性能的影 響及其影響機理。由于不同的慘雜劑對材料的光輸出、衰減、余輝、輻射損 傷等影響不同，因此通常是在一種閃爍材料中摻入幾種不同的離子才能獲得 性能優(yōu)異的閃爍體。
Hf02材料由于具有高的A值(約25)、寬的帶隙(5.7eV)、低介電損耗、低 漏電流及良好的電容-電壓特性、良好的穩(wěn)定性和良好的晶格匹配特性，因此 日益成為人們關注的焦點。而且Hf02較大的原子序數(shù)，密度大且可摻雜稀土 離子的特點也使它成為重要的閃爍材料。Hf02具有三種物相立方相，單斜 相，四方相。 一般情況下閃爍材料要求晶體為立方相，然而Hf02很難穩(wěn)定在 立方相。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種立方相的固溶體閃爍 材料及其制備方法，其方法具有合成速度快和反應溫度低，節(jié)能效果明顯， 合成組成可控、燒結(jié)性能優(yōu)良、發(fā)光性能良好的閃爍粉體等特點，所獲得的
無機發(fā)光材料可用于高能物理或醫(yī)用或安檢的x射線增感屏中。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
一種立方相的固溶體閃爍材料，特點是該材料一般式為Hf02-Sc203: Eu3+，并按以下步驟制備
a) 、取ScA溶于HN03中配成0. 1 lmol/L的Sc(N03)3溶液，取EuA溶 于HN03中配成0. 08 0. lmol/L的Eu(冊3)3溶液；
b) 、將HfOCl2粉末放入容器中用蒸餾水溶解后，向其中加入Sc(N03)3溶 液，攪拌均勻后，加入Eu(N03)3溶液，再用硝酸調(diào)解溶液的PH值為1 2; 其中S,的摩爾含量占S,和Hf"總摩爾含量的x%， H產(chǎn)的摩爾含量占S,和 Hr總摩爾含量的(1-x)%， Eu3+的摩爾含量占Sc3， Hf"總摩爾含量的0. 5%，并 且x-13 90;
c) 、對b步驟溶液邊攪拌邊向其中加入甘氨酸和尿素的混合燃料，強力 攪拌后，在20(TC下加熱20 30min除去水分，在45(TC的馬弗爐中燃燒40 70min獲得前驅(qū)體；其中甘氨酸和尿素總摩爾量G(f+和Hf"總摩爾量二y， 并且yi.9 1.5，甘氨酸的摩爾量為甘氨酸和尿素總摩爾量的40% 50%;其 余的為尿素；
d) 、將前驅(qū)體在高溫爐中80(TC燒結(jié)2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶體閃爍材料。
閃爍材料是一種吸收高能光子后發(fā)出可見光的光功能材料，被廣泛應用于高能物理(如精密電磁量能器)、核醫(yī)學(如X-CT、 PET)、工業(yè)應用(CT探傷)、 空間物理、地質(zhì)勘探等領域。燃燒法具有安全、省時、節(jié)能等優(yōu)點，是一個 很有應用前景的新方法。
本發(fā)明是在Hf02中摻入Sc3+，使Hf02為很穩(wěn)定的立方相，從而得到一種發(fā) 光性能很強的閃爍材料。該材料本身呈白色，可以被240 280nm波長范圍的 紫外光和380 480nm波長范圍的紫外光和可見光可以很好地激發(fā)，在254nm 和397nm紫外光激發(fā)下，發(fā)光材料呈現(xiàn)明亮的紅色，但是隨著Sc3+的加入量的 不同發(fā)光強度也會有所不同。發(fā)射主峰波長位于593 595nm和612 614nm。 當Sc3+的摩爾含量占Sc3+和Hf4+總摩爾含量的13呢 9(m時都為立方相，并且當 Sc3+的摻入量為1796時立方相的對稱性最好。


圖1為本發(fā)明實施例1發(fā)光材料的XRD
圖2為本發(fā)明實施例2發(fā)光材料的XRD
圖3為本發(fā)明實施例3發(fā)光材料的發(fā)射光譜圖
圖4為本發(fā)明實施例3發(fā)光材料在254nm波長的激發(fā)光譜圖
圖5為本發(fā)明實施例3發(fā)光材料在380 580nm波長范圍的激發(fā)光譜圖
具體實施例方式
實施例1
a) 、稱取6g ScA溶于HN03中配成0. 2837mol/L的Sc(N03)3溶液，稱取 15g Eu203溶于HN03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、稱取4.8832g的HfOCl2粉末放入燒杯中用蒸餾水溶解后，向其中加 入9. Oml的Sc(N03)3溶液，此時S,的摩爾含量占Sc^和Hf"總摩爾含量的13% ，攪拌均勻后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，測定溶液的PH值，用硝酸將其調(diào)解到約等于l;
c) 、上述溶液邊攪拌邊向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，強力攪拌使其充分溶解，在20(TC下加熱0.5h除去水分，在45(TC 的馬弗爐中燃燒lh獲得前驅(qū)體；
d) 、將前驅(qū)體在高溫爐中80(TC燒結(jié)2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶體閃爍材料。
實施例2
a) 、稱取6g Sc203溶于HN03中配成0.2837mol/L的Sc(N03)3溶液，稱取 15g EuA溶于朋03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、稱取4.0870 g的HfOCl2粉末放入燒杯中用蒸餾水溶解后，向其中 加入16. Oml的Sc(N0》3溶液，此時S,的摩爾含量占S,和H產(chǎn)總摩爾含量 的23%，攪拌均勻后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，測定溶液的PH值，用硝 酸將其調(diào)解到約等于l。
c) 、上述溶液邊攪拌邊向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，強力攪拌使其充分溶解，在200。C下加熱0.5h除去水分，在45(TC 的馬弗爐中燃燒lh獲得前驅(qū)體；
d) 、將前驅(qū)體在高溫爐中80(TC燒結(jié)2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶體閃爍材料。
實施例3
a) 、稱取6g Sc2(V溶于HN03中配成0. 2837mol/L的Sc(NO》3溶液，稱取 15g Eii203溶于HN03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、稱取2.6539g的HfOCl2粉末放入燒杯中用蒸餾水溶解后，向其中加 入35ml的Sc(N03)3溶液，此時S,的摩爾含量占S,和Hf"總摩爾含量的50%，攪拌均勻后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，測定溶液的PH值，用硝酸將其 調(diào)解到約等于l。
c) 、上述溶液邊攪拌邊向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，強力攪拌使其充分溶解，在20(TC下加熱0.5h除去水分，在450'C 的馬弗爐中燃燒lh獲得前驅(qū)體；
d) 、將前驅(qū)體在高溫爐中800。C燒結(jié)2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶體閃爍材料。
實施例4
a) 、稱取6g Sc203溶于HN03中配成0. 2837mol/L的Sc(N0》3溶液，稱取 15g Eii203溶于HN03中配成0. 09569mol/L的Eu(N03)3溶液；
b) 、稱取0.5308g的HfOCl2粉末放入燒杯中用蒸餾水溶解后，向其中加 入63ml的Sc(N0》3溶液，此時S,的摩爾含量占Sc"和Hf+總摩爾含量的90% ，攪拌均勻后，加入1.0ml的Eu(N03)3溶液，測定溶液的PH值，用硝酸將其 調(diào)解到約等于l;
c) 、上述溶液邊攪拌邊向其加入0. 7320g的甘氨酸和0. 8565g尿素的混 合燃料，強力攪拌使其充分溶解，在200'C下加熱0.5h除去水分，在45(TC 的馬弗爐中燃燒lh獲得前驅(qū)體；
d) 、將前驅(qū)體在高溫爐中800。C燒結(jié)2h，得到立方相的Hf02-Sc203: Eu3+ 固溶體閃爍材料。
權(quán)利要求
1、一種立方相的固溶體閃爍材料，其特征在于該材料一般式為HfO2-Sc2O3:Eu3+，并按以下步驟制備a)、取Sc2O3溶于HNO3中配成0.1～1mol/L的Sc(NO3)3溶液，取Eu2O3溶于HNO3中配成0.08～0.1mol/L的Eu(NO3)3溶液；b)、將HfOCl2粉末放入容器中用蒸餾水溶解后，向其中加入Sc(NO3)3溶液，攪拌均勻后，加入Eu(NO3)3溶液，再用硝酸調(diào)解溶液的PH值為1～2；其中Sc3+的摩爾含量占Sc3+和Hf4+總摩爾含量的x％，Hf4+的摩爾含量占Sc3+和Hf4+總摩爾含量的(1-x)％，Eu3+的摩爾含量占Sc3+和Hf4+總摩爾含量的0.5％，并且x＝13～90；c)、對b步驟溶液邊攪拌邊向其中加入甘氨酸和尿素的混合燃料，強力攪拌后，在200℃下加熱20～30min除去水分，在450℃的馬弗爐中燃燒40～70min獲得前驅(qū)體；其中甘氨酸和尿素總摩爾量Gd3+和Hf4+總摩爾量＝y(tǒng)，并且y＝0.9～1.5，甘氨酸的摩爾量為甘氨酸和尿素總摩爾量的40％～50％；其余的為尿素；d)、將前驅(qū)體在高溫爐中800℃燒結(jié)2h，得到立方相的HfO2-Sc2O3:Eu3+固溶體閃爍材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立方相的固溶體閃爍材料，該材料一般式為HfO₂-Sc₂O₃:Eu³⁺，并按以下步驟制備a)配制Sc(NO₃)₃溶液及Eu(NO₃)₃溶液；b)將HfOCl₂粉末放入容器中用蒸餾水溶解后，向其中加入Sc(NO₃)₃溶液及Eu(NO₃)₃溶液，調(diào)整PH值為1～2；c)對b步驟溶液邊攪拌邊加入甘氨酸和尿素的混合燃料，強力攪拌后，在200℃下加熱20～30min除去水分，在450℃的馬弗爐中燃燒40～70min獲得前驅(qū)體；d)將前驅(qū)體在高溫爐中800℃燒結(jié)2h，得到立方相的HfO₂-Sc₂O₃:Eu³⁺固溶體閃爍材料。本發(fā)明是一種吸收高能光子后發(fā)出可見光的光功能材料，可應用于高能物理、核醫(yī)學、工業(yè)應用、空間物理及地質(zhì)勘探等領域；其制備方法具有安全、省時、節(jié)能等優(yōu)點。
文檔編號C09K11/77GK101665694SQ200910195930
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者夏金峰, 強 李, 蔣丹宇 申請人:華東師范大學