RU2682554C1 - Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков - Google Patents
Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682554C1 RU2682554C1 RU2017146718A RU2017146718A RU2682554C1 RU 2682554 C1 RU2682554 C1 RU 2682554C1 RU 2017146718 A RU2017146718 A RU 2017146718A RU 2017146718 A RU2017146718 A RU 2017146718A RU 2682554 C1 RU2682554 C1 RU 2682554C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- heat treatment
- scintillation
- temperature
- mixed solution
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002223 garnet Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 8
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 abstract 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- -1 cerium-activated yttrium aluminum garnet Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000000921 Gadolinium Chemical class 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical class [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N alpha-particle Chemical compound [4He+2] LBDSXVIYZYSRII-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical class [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002259 gallium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000004442 gravimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B28/04—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computed tomography [CT]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/30—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6
- C01F17/32—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6 oxide or hydroxide being the only anion, e.g. NaCeO2 or MgxCayEuO
- C01F17/34—Aluminates, e.g. YAlO3 or Y3-xGdxAl5O12
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/021—After-treatment of oxides or hydroxides
- C01F7/027—Treatment involving fusion or vaporisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7706—Aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7715—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing cerium
- C09K11/7721—Aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
- C09K11/7774—Aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
- C30B29/28—Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
- G01T1/2023—Selection of materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Geology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения поликристаллических сцинтилляционных материалов, применяемых в различных областях науки и техники, важнейшими из которых являются: медицинские и промышленные томографы, системы таможенного контроля и контроля распространения радиоактивных материалов, приборы дозиметрического контроля, различные детекторы для научных исследований, применяемые в физике высоких энергий и астрофизике, оборудование для геофизических исследований для нефте- и газоразведки. Способ получения сцинтилляционного порошка состава (Gd,Y)(Ga,Al)O:Ce включает приготовление водных растворов солей исходных компонентов - Gd, Y, Се, Ga, Al - с заданными концентрациями, смешение этих растворов в количестве, обеспечивающем требуемый состав компонентов в смесевом растворе, приготовление раствора щелочного осадителя, приливание смесевого раствора исходных компонентов в раствор щелочного осадителя, термообработку полученной реакционной смеси путем медленного упаривания при температуре до 100°С, термообработку на воздухе в открытой емкости при последовательном повышении температуры до 450°С, а затем до 600°С, с последующей термообработкой при температуре 1000-1600°С. Техническим результатом изобретения является возможность экспрессного получения сцинтилляционных порошков сложных оксидов со структурой граната, активированных церием с составом задаваемым обобщенной формулой (Gd,Y)(Ga,Al)O:Ce, с точно заданным составом. Частицы полученного порошка обладают плотной микроструктурой, выглядят прозрачными при наблюдении в оптическом микроскопе и демонстрируют высокий световыход сцинтилляций, характерный для этого класса соединений. 6 ил., 1 табл., 1 пр.
Description
Область техники
Изобретение относится к способам получения поликристаллических сцинтилляционных материалов. Сцинтилляторы находят широкое применение в различных областях науки и техники. Важнейшими из них являются: медицинские и промышленные томографы, системы таможенного контроля и контроля распространения радиоактивных материалов, приборы дозиметрического контроля, различные детекторы для научных исследований, применяемые в физике высоких энергий и астрофизике, оборудование для геофизических исследований для нефте- и газоразведки.
Уровень техники
Одним из наиболее перспективных групп сцинтилляционных материалов на сегодняшний день являются сложные оксиды со структурой граната с составом, выражаемым обобщенной формулой (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce [P. Lecoq, М. Korzhik and A. Gektin, Inorganic Scintillators for Detecting Systems, Springer, 2017, 408 p.].
Эти материалы рассматриваются с точки зрения применений в форме монокристаллов, светопропускающей керамики или порошков. Порошки представляют интерес как сырье для керамических материалов, как самостоятельный материал для сцинтилляционных экранов с порошковым покрытием [Luminescent Materials. G. Blasse, B.C. Grabmaier. Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, 1994, 223 pp.] и как объекты для экспресс-исследований керамических и монокристаллических материалов.
Сцинтилляционные характеристики сложных оксидов со структурой граната существенно зависят от малых вариаций состава [К. Kamada, S. Kurosawa, P. Prusa, M. Nikl, V.V. Kochurikhin, T. Endo, K. Tsutumi, H. Sato, Y. Yokota, K. Sugiyama, A. Yoshikawa. Cz grown 2-in. size Ce:Gd3(Al,Ga)5O12 single crystal; relationship between Al, Ga site occupancy and scintillation properties. Optical Materials (2014) 36(12), 1942-1945. Dosovitskiy, G., Fedorov, A., Mechinsky, V., Borisevich, A., Dosovitskiy, A., E., & Korjik, M. (2017, February). Persistent luminescence in powdered and ceramic polycrystalline Gd3Al2Ga3O12:Ce. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 169, No.1, p. 012014). IOP Publishing].
На данный момент большинство монокристаллических и поликристаллических сцинтилляционных материалов получают по методике роста из расплавов, твердофазного синтеза или по методике соосаждения из многокомпонентных растворов солей.
Для получения методом твердофазного синтеза порошков и керамики из сложных оксидов со структурой граната сцинтилляционного качества требуются исходные порошки, отвечающие высоким требованиям по составу и микроструктуре. Подбор плавня является нежелательным приемом, так как плавень привносит дополнительные компоненты и примеси в состав сцинтиллятора, и они могут существенно влиять на оптические, люминесцентные и сцинтилляционные характеристики поликристаллических сцинтилляционных материалов. Так же важную роль играет размер частиц исходных компонентов, так как при использовании слишком крупных исходных порошков при дальнейшем усреднении, смешении и спекании может быть получен неоднородный и/или неоднофазный материал.
При росте из расплава по методу Чохральского склонность галлия к улетучиванию из оксидных расплавов может привести к нарушению стехиометрии состава (Фиг. 1). К тому же метод роста из расплавов является энергоемким и связан с более сложной технической базой. Получение порошков методом роста монокристаллов с последующим дроблением может быть целесообразным только в ограниченном числе случаев при решении специфических задач или в особых технологических условиях.
Привлекательным сочетанием технологичности, масштабируемости и возможности получения высококачественных поликристаллических материалов обладает метод совместного осаждения (соосаждения), но он также имеет ряд недостатков применительно к составам (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce. Растворимости гидроксидов Ga и Gd чувствительны к величине рН реакционной смеси, и в интервале рН от 6,5 до 9,0 не было найдено интервала, при котором обеспечивалось бы количественное осаждение каждого из этих компонентов (Фиг. 2). Кроме того, при промывке осадка, которая является стадией процесса получения порошка методом соосаждения, происходит вымывание компонентов, которое также приводит к нарушению состава. Количество компонентов, вымывание которых происходит при синтезе порошка состава Gd3Ga3Al2O12:Ce при двукратной промывке приведено в Таблице 1.
В качестве прототипа был выбран способ, описанный в заявке на патент [CN101113333], «Method for preparing cerium-activated yttrium aluminum garnet fluorescent powder». Описанный в патенте способ получения люминофора, активированного церием, с общей формулой Y3-x-y-zRyAl5-mGamO12:Cex,R'z, где 0,01≤х≤0,12, R=Gd, Sm и другие редкоземельные элементы, 0≤у≤1,20, R'=Pr, Dy, 0≤z≤0.04,0≤m≤2.00, включает стадии: получение растворов ионов металлов, получение раствора осадителя, получение осадка, добавление флюса для последующей твердофазной реакции, спекание, измельчение порошков, спеченных при высокой температуре, травление, щелочную промывку, промывку водой и сушку. Целевым продуктом является Се-активированный люминофор на основе оксида со структурой граната имеет высокую светимость, низкую степень агломерации, узкое распределение частиц по размерам.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявленного изобретения является возможность экспрессного получения сцинтилляционных порошков сложных оксидов со структурой граната, активированных церием с составом задаваемым обобщенной формулой (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce, с точно заданным составом. Частицы полученного порошка обладают плотной микроструктурой и выглядят прозрачными при наблюдении в оптическом микроскопе.
Для достижения данного технического результата предложен способ получения сцинтилляционного порошка состава (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce, включающий следующие последовательные стадии процесса: приготовление водных растворов солей исходных компонентов - Gd, Y, Се, Ga, Al - с точно известными концентрациями, смешение этих растворов в необходимом количестве для обеспечения требуемого состава компонентов в смесевом растворе, приготовление раствора щелочного осадителя, приливание смесевого раствора исходных компонентов в раствор щелочного осадителя, термообработку полученной реакционной смеси, и отличающийся тем, что проводят медленное упаривание реакционной смеси при температуре до 100°С, термообработку на воздухе в открытой емкости при последовательном повышении температуры до 450°С, а затем до 600°С, с последующей термообработкой при температуре 1000-1600°С.
Совокупность приведенных выше существенных признаков позволяет получить порошок с точно заданным составом и плотной микроструктурой, который может быть использован как объект для экспресс-тестов сцинтилляционных характеристик различных составов, а также как самостоятельный сцинтилляционных материал.
При помощи заявляемого способа получения поликристаллических сцинтилляционных материалов все компоненты входят в состав в заданном количестве. Это обеспечивается отсутствием стадий фильтрации и промывки в комбинации с длительной низкотемпературной термообработкой.
По сравнению с прототипом отсутствие дополнительных компонентов (плавня), медленная низкотемпературная термообработка и отсутствие стадии промывки позволяет обеспечить отсутствие вымывания или испарения компонентов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлены температурные зависимости скорости испарения соединений галлия из оксидного расплава по данным [R.H. Lamoreaux et al, J Phys Chem Ref Data, Vol. 16 No.3 1987].
На фиг. 2 представлены зависимости остаточного содержания солей галлия и гадолиния в маточном растворе от избытка аммиака, используемого при осаждении их гидроксидов.
На фиг. 3 представлена дифрактограмма порошка, полученного в соответствии с заявляемым способом и прошедшего термообработку при 1500°С в сравнении с данными карточки PDF 46-0448 (соединение Gd3Al3Ga2O12 со структурой граната).
На фиг. 4 представлено изображение частицы этого порошка, полученное методом электронной микроскопии.
На фиг. 5 представлено изображение частицы этого порошка, полученное методом оптической микроскопии в проходящем свете.
На фиг. 6 представлены амплитудные спектры, зарегистрированные при возбуждении источником альфа-частиц образца сравнения - монокристалла алюмоиттриевого граната, активированного церием (1) и порошка, полученного в примере 1 (2).
Осуществление и примеры реализации изобретения
Способ получения сцинтилляционного порошка включает в себя следующие операции:
1) Приготовление водных растворов солей исходных компонентов - Gd, Y, Се, Ga, Al - с точно известными концентрациями. В качестве исходных солей могут быть использованы, предпочтительно, нитраты. Концентрации растворов могут быть определены любым из известных способов - например, растворением точно известной навески, гравиметрическим анализом, титриметрическим анализом.
2) Смешение растворов исходных компонентов в необходимом количестве для обеспечения требуемого состава компонентов в смесевом растворе, отвечающего одному из вариантов обобщенной формулы (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce.
3) Приготовление раствора щелочного осадителя, в качестве которого могут быть использованы, например, водный раствор аммиака (предпочтительно - с концентрацией не ниже 20%), водный раствор мочевины, моноэтаноламин.
4) Приливание смесевого раствора исходных компонентов в раствор щелочного осадителя, которое осуществляется при интенсивном перемешивании любым из известных способов, например - вручную, с использованием магнитной мешалки, с использованием верхнеприводной мешалки. Приливание может вестись при помощи капельной воронки, перистальтического насоса или любым другим известным способом.
5) Термообработка полученной реакционной смеси при температуре до 100°С для медленного упаривания, и затем термообработка на воздухе в открытой емкости при последовательном повышении температуры до 450°С, а затем до 600°С.
6) В качестве опциональной стадии может быть проведено измельчение и просев полупродукта любым из известных способов с использованием материалов, не привносящих загрязнения в продукт.
7) Высокотемпературная термообработка при температуре 1200-1600°С.
В качестве исходных продуктов в предлагаемом способе на всех стадиях используются высокочистое химическое сырье квалификации не ниже «4N» или «ос.ч.», например нитраты галлия, алюминия и церия, оксид гадолиния, гидроксид алюминия, металлический галлий, азотная кислота и водный раствор аммиака.
Основными преимуществами описанного способа являются возможность контроля состава получаемого порошка, экспрессность методики синтеза, отсутствие необходимости подбирать отдельные условия для получения различных составов из группы (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce.
Пример 1.
Процесс получения поликристаллического сцинтилляционного материала массой 10 грамм проводили следующим образом: расчетный объем 25% аммиака переносили в кварцевую чашку для выпаривания, в которой и проводили осаждение. Для этого смесевой раствор нитратов основных компонентов в количестве 117 г с соотношением основных компонентов, отвечающим формуле Gd2,97Се0,03Ga3Al2O12 при постоянном интенсивном перемешивании на магнитной мешалке вводили в аммиак при помощи капельной воронки. Полученную таким образом суспензию перемешивали еще 10 минут после осаждения. Полученную пульпу аккуратно выпаривали на плитке до уменьшения ее объема примерно вдвое, после чего поднимали температуру до 100°С и упаривали досуха. Затем постепенно повышали температуру для разложения осадка и солевого фона нитрата аммония. Ориентиром окончания разложения солей аммония служило отсутствие бурого дыма над сухим осадком. Осадок прокаливали на плитке при 450°С в течение 10 минут. Полученный порошок перетирали в агатовой ступке и просеивали через полиамидную сетку с размером ячеек 100 мкм.
После измельчения порошок прокаливали при температуре 600°С в течении 1 часа для окончательного разложения осадка, а затем проводили термообработку при температуре 1500°С в течение 2 часов. Полученный продукт был исследован методом рентгеновской дифракции (экспериментальная дифрактограмма сопоставлена с рефлексами граната состава Gd3Al3Ga2O12), полученная рентгенограмма представлена на Фиг. 3. Полученные образцы порошков были исследованы методом оптической микроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Полученные данные приведены на Фиг. 4, 5. Так же для полученного материала был измерен световыход сцинтилляции. Для этого из порошкового образца приготовили пробу в форме круглой таблетки, насыпав его в цилиндрическую форму и добавив в качестве связующего каплю оптического клея. Затем записали амплитудный спектр, полученный при облучении полученной керамики альфа-частицами с энергией ~5,5 МэВ. Съемку вели в геометрии измерений «на отражение» (облучение пробы и регистрация светового сигнала проводятся с одной и той же стороны образца) с использованием типичного сцинтилляционного спектрометра в составе фотоэлектронного умножителя с диапазоном спектральной чувствительности 290-650 нм, высоковольтного источника напряжения, спектрометрического усилителя и многоканального амплитудного анализатора. Для оценки световыхода образца керамики сопоставляли положение максимума пика в записанном амплитудном спектре с положением максимума в спектре эталонного монокристалла YAG:Ce с размерами ∅12×1 мм. Записанные спектры приведены на Фиг. 6. Световыход сцинтилляций порошка можно оценить как 44000 фотонов / МэВ.
Таким образом, заявляемый способ позволяет осуществить экспрессное получение сцинтилляционных порошков сложных оксидов со структурой граната составов (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce с точно заданным составом. Частицы полученного порошка обладают плотной микроструктурой и выглядят прозрачными при наблюдении в оптическом микроскопе. Порошки демонстрируют высокий световыход сцинтилляций, характерный для этого класса соединений.
Claims (1)
- Способ получения сцинтилляционного порошка состава (Gd,Y)3(Ga,Al)5O12:Ce, включающий следующие последовательные стадии процесса: приготовление водных растворов солей исходных компонентов - Gd, Y, Се, Ga, Аl - с точно известными концентрациями, смешение этих растворов в необходимом количестве для обеспечения требуемого состава компонентов в смесевом растворе, приготовление раствора щелочного осадителя, приливание смесевого раствора исходных компонентов в раствор щелочного осадителя, термообработку полученной реакционной смеси, отличающийся тем, что проводят медленное упаривание реакционной смеси при температуре до 100°С, термообработку на воздухе в открытой емкости при последовательном повышении температуры до 450°С, а затем до 600°С, с последующей термообработкой при температуре 1000-1600°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146718A RU2682554C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146718A RU2682554C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2682554C1 true RU2682554C1 (ru) | 2019-03-19 |
Family
ID=65805939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017146718A RU2682554C1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2682554C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115991601A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-04-21 | 上海御光新材料科技股份有限公司 | 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101113333A (zh) * | 2007-08-28 | 2008-01-30 | 厦门大学 | 铈激活的钇铝石榴石荧光粉的制备方法 |
EP2474590A2 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-11 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Phosphor particles and making method |
RU2613994C1 (ru) * | 2015-10-01 | 2017-03-22 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" | Способ получения легированного алюмоиттриевого граната |
EP1829950B1 (en) * | 2004-12-21 | 2017-04-05 | Hitachi Metals, Ltd. | Fluorescent material and method for preparation thereof, radiation detector using fluorescent material, and x-ray ct device |
US20170153335A1 (en) * | 2015-12-01 | 2017-06-01 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Method For Controlling Gallium Content in Gadolinium-Gallium Garnet Scintillators |
RU2622124C2 (ru) * | 2011-01-31 | 2017-06-13 | Фурукава Ко., Лтд. | Кристалл со структурой граната для сцинтиллятора и использующий его детектор излучения |
-
2017
- 2017-12-28 RU RU2017146718A patent/RU2682554C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1829950B1 (en) * | 2004-12-21 | 2017-04-05 | Hitachi Metals, Ltd. | Fluorescent material and method for preparation thereof, radiation detector using fluorescent material, and x-ray ct device |
CN101113333A (zh) * | 2007-08-28 | 2008-01-30 | 厦门大学 | 铈激活的钇铝石榴石荧光粉的制备方法 |
EP2474590A2 (en) * | 2011-01-06 | 2012-07-11 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Phosphor particles and making method |
RU2622124C2 (ru) * | 2011-01-31 | 2017-06-13 | Фурукава Ко., Лтд. | Кристалл со структурой граната для сцинтиллятора и использующий его детектор излучения |
RU2613994C1 (ru) * | 2015-10-01 | 2017-03-22 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" | Способ получения легированного алюмоиттриевого граната |
US20170153335A1 (en) * | 2015-12-01 | 2017-06-01 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Method For Controlling Gallium Content in Gadolinium-Gallium Garnet Scintillators |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115991601A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-04-21 | 上海御光新材料科技股份有限公司 | 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 |
CN115991601B (zh) * | 2022-11-18 | 2024-04-12 | 上海御光新材料科技股份有限公司 | 一种复相透明闪烁陶瓷的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xu et al. | A solution-processed zero-dimensional all-inorganic perovskite scintillator for high resolution gamma-ray spectroscopy detection | |
Isik et al. | Gd-doped ZnO nanoparticles: synthesis, structural and thermoluminescence properties | |
JP2018503706A (ja) | 新規なタリウムをドープしたヨウ化ナトリウム、ヨウ化セシウムまたはヨウ化リチウムのシンチレーター | |
Altunal et al. | A calcination study on BeO ceramics for radiation dosimetry | |
Gordienko et al. | Synthesis of crystalline Ce-activated garnet phosphor powders and technique to characterize their scintillation light yield | |
Lian et al. | Controllable synthesis and photoluminescence properties of Gd2O2S: x% Pr3+ microspheres using an urea-ammonium sulfate (UAS) system | |
Zheng et al. | Novel synthetic strategy towards BaFCl and BaFCl: Eu2+ nanofibers with photoluminescence properties | |
Li et al. | Luminescent and magnetic properties of the afterglow phosphors GdSr 2 AlO 5: RE 3+(RE 3+= Eu 3+, Sm 3+, Pr 3+ and Dy 3+) | |
RU2682554C1 (ru) | Способ получения поликристаллических сцинтилляционных материалов в форме порошков | |
Shlegel et al. | Purification of molybdenum oxide, growth and characterization of medium size zinc molybdate crystals for the LUMINEU program | |
Onishi et al. | Synthesis and properties of Tb3Al5O12: Eu3+ garnet phosphor | |
Liu et al. | Ce 3+-doped alkaline-earth sulfide nanocrystals for X-ray scintillation imaging screens | |
Yazdanmehr et al. | Effects of nanostructuring on luminescence properties of SrS: Ce, Sm phosphor: an experimental and phenomenological study | |
Dosovitskiy et al. | Persistent luminescence in powdered and ceramic polycrystalline Gd3Al2Ga3O12: Ce | |
CN113235158A (zh) | 一种大尺寸金属卤化物闪烁晶体及其制备方法 | |
WO2024082090A1 (zh) | 一种锰基闪烁晶态材料及其制备方法和应用 | |
CN113667469B (zh) | 一种提高闪烁体x射线探测性能的制备方法 | |
Gaitko et al. | Synthesis of fine-particle bismuth orthogermanate in a NaCl/KCl melt | |
Yakubovskaya et al. | Nanocrystalline zinc and cadmium tungstates: morphology, luminescent and scintillation properties | |
Veselova et al. | Microwave-assisted self-propagating high-temperature synthesis of fine-particle Bi 4 Ge 3 O 12 | |
Chen et al. | Self-surfactant room-temperature synthesis of morphology-controlled K 0.3 Bi 0.7 F 2.4 nanoscintillators | |
Xu et al. | Co-precipitation synthesis of La 2 O 2 SO 4: Tb 3+ phosphor and its conversion to La 2 O 2 S: Tb 3+ ceramic scintillator via pressureless sintering in hydrogen | |
Aritman et al. | Synthesis and Characterization of Gd₂O₂SO₄: Pr⁺ ³ Scintillation Material Produced by Sol-Gel Process for Digital Imaging System | |
RU2711318C2 (ru) | Способ получения люминесцентной керамики на основе сложных оксидов со структурой граната | |
Vargas et al. | Luminescent and scintillating properties of lanthanum fluoride nanocrystals in response to gamma/neutron irradiation: codoping with Ce activator, Yb wavelength shifter, and Gd neutron captor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190617 Effective date: 20190617 |