本發(fā)明屬于閃爍發(fā)光材料與高能x射線探測領(lǐng)域。更具體地，涉及了一類二價銪激活的正硅酸鹽ba2-x-ysrxeuysio4閃爍發(fā)光材料的制備及其在x射線探測的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

閃爍發(fā)光材料是指：一類被高能粒子(包括不帶電的粒子如x射線，γ射線和帶電粒子如α粒子，β粒子以及)輻射后，能將這些粒子轉(zhuǎn)換為光信號的材料。人們對閃爍發(fā)光材料研究已有100多年，其廣泛應(yīng)用于高能物理、安全檢查、地質(zhì)勘測、環(huán)境監(jiān)測以及核醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域，是眾多技術(shù)領(lǐng)域中核心材料之一。閃爍發(fā)光材料要求具有輻射光輸出高、發(fā)光衰減快、自吸收少、易于制造和性能穩(wěn)定。常用的閃爍發(fā)光材料主要有baf2,bi4ge3o12(bgo),cdwo4,lu2sio5:ce(lso),lu3al5o12:ce(luag),lualo3:ce(luap),lu2si2o7:ce(lps),lacl3:ce，sri2:eu和csi:tl等，它們的輻射光輸出在8000-80000(photons/mev)之間。但這些材料也存在或多或少的不足之處，如(1)baf2,bgo和cdwo4輻射光輸出較低；(2)lu基材料由于其輻射性的¹⁷⁶lu同位素，而普遍存在較長的余輝；(3)雖然lacl3:ce，sri2:eu,csi:tl等鹵化物具有非常高的輻射光輸出，但它們卻因極易吸潮而不能暴露于空氣中。因此研究新型的具有強的輻射光輸出，優(yōu)異的穩(wěn)定性且兼具較快熒光衰減的閃爍發(fā)光材料對于核物理與醫(yī)學(xué)成像，港口安全檢查和工業(yè)無損檢測等領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。

堿土正硅酸鹽(ba,sr)2sio4具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，不容易吸潮，在空氣中能長時間穩(wěn)定。當(dāng)稀土離子摻雜到其堿土金屬格位時，可以獲得優(yōu)異的發(fā)光性能。二價稀土eu²⁺便是其中之一，其發(fā)光涉及宇稱允許的5d-4f躍遷，發(fā)光強，量子產(chǎn)率高，而被廣泛研究與應(yīng)用于白光led。(cn102899037b;us7642708b2)然而，其輻射發(fā)光性質(zhì)卻很少受到關(guān)注。普遍來講，eu²⁺的輻射光輸出往往比ce³⁺的更高，而且相對于cdwo4和csi:tl等具有更快的熒光衰減(通常幾百納秒)。

因此，本發(fā)明研發(fā)了一類二價銪激活的正硅酸鹽ba2-x-ysrxeuysio4閃爍發(fā)光材料，它們兼具輻射光輸出高，穩(wěn)定性好和熒光衰減快等特點。同時探討了其在x射線探測的潛在應(yīng)用。值得注意的是，通過調(diào)控合適的ba/sr比例，可顯著增強該類閃爍發(fā)光材料的光輸出強度，同時可調(diào)控其發(fā)射峰位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一類具有輻射光輸出高，穩(wěn)定性好，熒光衰減快的閃爍發(fā)光材料。

本發(fā)明另一目的是提供上述閃爍發(fā)光材料的制備方法。

本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供上述閃爍發(fā)光材料在x射線輻射探測的應(yīng)用。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一類二價銪激活的正硅酸鹽閃爍發(fā)光材料，其化學(xué)組成表達(dá)式為：ba2-x-ysrxeuysio4，式中x，y分別為摻雜離子sr²⁺，eu²⁺取代基質(zhì)鋇離子ba²⁺的量，取值范圍：0≤x≤1.9，0<y≤0.01。

通過調(diào)控ba/sr的比例，可顯著增強上述閃爍發(fā)光材料的光輸出強度，同時可調(diào)控其發(fā)射峰位置。該閃爍發(fā)光材料，基質(zhì)為一系列同構(gòu)的正硅酸鹽ba2-xsrxsio4，發(fā)光中心為二價稀土銪離子eu²⁺。在x射線激發(fā)下，樣品的輻射發(fā)光波長范圍在450-750nm。通過調(diào)控ba/sr的比例，樣品在x射線輻射下的發(fā)光顏色可從綠光調(diào)控到黃光：即當(dāng)x=0,0.5,1.0,1.5,1.9時，其發(fā)射峰位置分別對應(yīng)于~509,520,526,561和573nm。它們的光輸出強度分別為商品lu3al5o12:ce³⁺閃爍體的0.68,1.50,1.67,1.14,1.22倍，其中ba0.9995sreu0.0005sio4的光輸出最高，達(dá)到~30000photons/mev。鑒于該類閃爍發(fā)光材料光輸出高，化學(xué)穩(wěn)定性好以及相對較短的熒光衰減特性，其有望作為新型閃爍材料用于探測x射線輻射。

上述閃爍發(fā)光材料采用高溫固相法合成，制備工藝簡單，操作安全，條件容易控制。包括如下步驟：

s1.按照權(quán)利要求1所述化學(xué)組成表達(dá)式中體現(xiàn)的化學(xué)組成，準(zhǔn)確稱取原料，充分研磨混合均勻，得混合物；

s2.將混合物轉(zhuǎn)移到剛玉坩堝中后置于水平管式爐中，并在還原氣氛中高溫焙燒后，自然冷卻到室溫；

s3.步驟s2所得產(chǎn)物取出后研磨均勻，即得到淡黃綠色的閃爍發(fā)光材料。

其中，步驟s1所述原料為碳酸鋇，碳酸鍶，二氧化硅和氧化銪。

優(yōu)選地，步驟s1所述原料在乙醇溶劑中研磨均勻。

另外，優(yōu)選地，步驟s1所述充分研磨是于瑪瑙研缽或球磨機(jī)中充分研磨。

優(yōu)選地，步驟s2所述置于還原氣氛中焙燒是指通入混合的10%h2/90%n2還原氣氛中焙燒。

另外，優(yōu)選地，步驟s2所述焙燒程序為：用5小時的時間從室溫升溫到1400℃，并保溫5小時，隨后自然冷卻至室溫。

上述閃爍發(fā)光材料的應(yīng)用也應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。具體是指在x射線輻射探測領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明的閃爍發(fā)光材料，通過調(diào)控合適的ba/sr比例，可以顯著增強其光輸出強度，并且明顯優(yōu)于商品lu3al5o12:ce³⁺閃爍體；

（2）本發(fā)明的閃爍發(fā)光材料，通過調(diào)控ba/sr的比例，其輻射發(fā)光峰值可以在509-573nm范圍內(nèi)調(diào)控；

（3）本發(fā)明的閃爍發(fā)光材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易潮解；

（4）本發(fā)明的閃爍發(fā)光材料，具有相對較快的熒光衰減；

（5）本發(fā)明所述閃爍發(fā)光材料，其制備工藝方法簡單，易于實現(xiàn)，且成本較低，大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1為ba2-xsrxeu0.0005sio4(x=0,0.5,1.0,1.5,1.9)5個樣品在x射線激發(fā)下的輻射發(fā)光光譜，另外商品的lu3al5o12:ce³⁺單晶(luag:cesg)和粉末(luag:cepowder)作為參比樣也示于圖1中。這些光譜都是在相同的條件下測得，其中x射線是由配有鎢陽極的x射線管產(chǎn)生，操作電壓和電流分別為90kv和5ma。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但實施例并不對本發(fā)明做任何形式的限定。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、方法和設(shè)備為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)試劑、方法和設(shè)備。

除非特別說明，以下實施例所用試劑和材料均為市購。

實施例1

稱取碳酸鋇(baco3)1.1837g，二氧化硅(sio2)0.1802g，氧化銪(eu2o3)0.0003g置于瑪瑙研缽中研磨20min混合均勻后裝入剛玉坩堝中，將剛玉坩堝裝入水平管式爐中并在10%h2/90%n2還原氣氛中高溫焙燒反應(yīng)，具體升溫程序如下：用5小時的時間從室溫升溫到1400℃，保溫5小時，隨后自然冷卻到室溫。將樣品取出研磨得到產(chǎn)物，其化學(xué)組成表達(dá)式為：ba1.9995eu0.0005sio4。

實施例2

稱取碳酸鋇(baco3)0.8877g，碳酸鍶(srco3)0.2214g，二氧化硅(sio2)0.1802g，氧化銪(eu2o3)0.0003g置于瑪瑙研缽中研磨20min混合均勻后裝入剛玉坩堝中，將剛玉坩堝裝入水平管式爐中并在10%h2/90%n2還原氣氛中高溫焙燒反應(yīng)，具體升溫程序如下：用5小時的時間從室溫升溫到1400℃，保溫5小時，隨后自然冷卻到室溫。將樣品取出研磨得到產(chǎn)物，其化學(xué)組成表達(dá)式為：ba1.4995sr0.5eu0.0005sio4。

實施例3

稱取碳酸鋇(baco3)0.5917g，碳酸鍶(srco3)0.4429g，二氧化硅(sio2)0.1802g，氧化銪(eu2o3)0.0003g置于瑪瑙研缽中研磨20min混合均勻后裝入剛玉坩堝中，將剛玉坩堝裝入水平管式爐中并在10%h2/90%n2還原氣氛中高溫焙燒反應(yīng)，具體升溫程序如下：用5小時的時間從室溫升溫到1400℃，保溫5小時，隨后自然冷卻到室溫。將樣品取出研磨得到產(chǎn)物，其化學(xué)組成表達(dá)式為：ba0.9995sreu0.0005sio4。

實施例4

稱取碳酸鋇(baco3)0.2957g，碳酸鍶(srco3)0.6643g，二氧化硅(sio2)0.1802g，氧化銪(eu2o3)0.0003g置于瑪瑙研缽中研磨20min混合均勻后裝入剛玉坩堝中，將剛玉坩堝裝入水平管式爐中并在10%h2/90%n2還原氣氛中高溫焙燒反應(yīng)，具體升溫程序如下：用5小時的時間從室溫升溫到1400℃，保溫5小時，隨后自然冷卻到室溫。將樣品取出研磨得到產(chǎn)物，其化學(xué)組成表達(dá)式為：ba0.4995sr1.5eu0.0005sio4。

實施例5

稱取碳酸鋇(baco3)0.0589g，碳酸鍶(srco3)0.8415g，二氧化硅(sio2)0.1802g，氧化銪(eu2o3)0.0003g置于瑪瑙研缽中研磨20min混合均勻后裝入剛玉坩堝中，將剛玉坩堝裝入水平管式爐中并在10%h2/90%n2還原氣氛中高溫焙燒反應(yīng)，具體升溫程序如下：用5小時的時間從室溫升溫到1400℃，保溫5小時，隨后自然冷卻到室溫。將樣品取出研磨得到產(chǎn)物，其化學(xué)組成表達(dá)式為：ba0.0995sr1.9eu0.0005sio4。

在本發(fā)明中，由實施例1-5所獲得的閃爍發(fā)光材料在x射線激發(fā)下測得發(fā)射光譜，并示于圖1中，其中商品的lu3al5o12:ce³⁺單晶(luag:cesg)和粉末(luag:cepowder)作為參比樣。在x射線激發(fā)下，樣品發(fā)射的熒光波長范圍在450-750nm，最強發(fā)射峰分別位于~509,520,526,561和573nm，它們的光輸出強度分別為商品lu3al5o12:ce³⁺閃爍體的0.68,1.50,1.67,1.14,1.22倍，其中ba0.9995sreu0.0005sio4的光輸出最高，達(dá)到~30000photons/mev。