一种镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料及其制备方法和应用

本发明涉及闪烁晶体材料，尤其涉及一种镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、闪烁晶体是在高能射线或粒子激发下能产生高效荧光发射的发光材料，其研究重心主要围绕提高光输出和能量分辨率以及降低闪烁衰减开展，目前开发的镨离子激活闪烁晶体，如y3al5o12:pr，lu3al5o12:pr，gd2si2o7:pr，yalo3:pr等单晶均实现了2290ph/mev以上的光产额，尤其是石榴石体系闪烁体，光产额能超过26000ph/mev，但是距dorenbos提出的理论光产额仍有一定的差距，较低的光产额也限制了石榴石基质闪烁体的应用及推广。

2、有鉴于此，有必要设计一种改进的镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料及其制备方法和应用，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料及其制备方法和应用。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料，所述闪烁晶体材料的化学式为ypr:y3(1-y)(al1-xgax)5o12，其中，0＜x＜1，0＜y＜0.3。

3、进一步地，本发明还提供了上述镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料的制备方法，包括如下步骤：

4、按照化学式ypr:y3(1-y)(al1-xgax)5o12的化学计量比将所需质量的氧化镨、氧化镓、氧化钇、氧化铝混合均匀后经烧结处理，制得多晶原料；采用微下拉法使所述多晶原料生长，生长结束后降温至室温，即制得所述镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料。

5、优选地，所述烧结处理的温度为1300-1600℃，时间为5-15h。

6、优选地，所述烧结处理过程的升温速率为50-250℃/h；优选地，升温速率为200℃/h。

7、优选地，所述微下拉法的生长过程的温度为1800-2000℃，下拉速度为0.5-3mm/h。

8、优选地，所述烧结处理的次数为1-3次。

9、优选地，所述烧结处理的温度为1500℃，时间为10h。

10、优选地，生长过程的温度为1940-1960℃；下拉速度为1-2.5mm/h。

11、优选地，降温时的降温速率为500℃/h。

12、特别地，本发明制得的镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料能够应用于核医学成像、工业无损检测、安全检查、环境监测、地质勘探、油井钻探、高能物理及天文空间物理中。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明提供的镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料的制备方法，其通过按照闪烁晶体材料化学式规定的化学计量比称取所需原料，经多次研磨、压片、烧结制得多晶原料，然后再采用微下拉法制得高质量的镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料。上述技术方案，通过在钇铝石榴石晶体中掺杂镨离子，可利用其独特的4f电子结构赋予晶体材料优异的发光性能，尤其是完全自旋宇称允许的5d→4f跃迁，使其具有高效的闪烁响应能力；通过引入镓元素，可利用镓元素取代部分铝元素，以降低石榴石体系闪烁体的导带，使得氧空位等一些浅能级陷阱被淹没，有效提升晶体材料的闪烁性能。

技术特征：

1.一种镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料，其特征在于，所述闪烁晶体材料的化学式为ypr:y3(1-y)(al1-xgax)5o12，其中，0＜x＜1，0＜y＜0.3。

2.一种镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为1300-1600℃，时间为5-15h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理过程的升温速率为50-250℃/h；优选地，升温速率为200℃/h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述微下拉法的生长过程的温度为1800-2000℃，下拉速度为0.5-3mm/h。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的次数为1-3次。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为1500℃，时间为10h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，生长过程的温度为1940-1960℃；下拉速度为1-2.5mm/h。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，降温时的降温速率为500℃/h。

10.一种权利要求1所述的镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料或权利要求2所述的制备方法制得的镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料在核医学成像、工业无损检测、安全检查、环境监测、地质勘探、油井钻探、高能物理及天文空间物理中的应用。

技术总结
本发明提供了一种镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料及其制备方法和应用，该方法通过按照闪烁晶体材料化学式规定的化学计量比称取所需原料，经多次研磨、压片、烧结制得多晶原料，然后再采用微下拉法制得高质量的镨离子掺杂钇镓铝石榴石闪烁晶体材料。上述技术方案，通过在钇铝石榴石晶体中掺杂镨离子，可利用其独特的4f电子结构赋予晶体材料优异的发光性能，尤其是完全自旋宇称允许的5d→4f跃迁，使其具有高效的闪烁响应能力；通过引入镓元素，可利用镓元素取代部分铝元素，以降低石榴石体系闪烁体的导带，使得氧空位等一些浅能级陷阱被淹没，有效提升晶体材料的闪烁性能。

技术研发人员：孙益坚,林义洋,梁玲,邹征刚,龚国亮,温和瑞
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20