專利名稱：溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、x射線探測器材料的摻鈰二氧化鉿 納米粉體的制備方法，特別涉及閃爍體材料BaHfCV.Ce"納米粉體的制備 方法。
背景技術(shù)：
閃爍體材料是一種有效吸收高能射線(如X-射線、Y-射線等)、高能 粒子并發(fā)出紫外或可見光的功能材料。將閃爍體與光電倍增管或光電二級 管耦合制成的器件是核醫(yī)療成像設(shè)備中的重要組成部分。目前，在醫(yī)療影 像設(shè)備中應(yīng)用的閃爍體材料主要是閃爍晶體和閃爍陶瓷。閃爍晶體制備存 在工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，大尺寸成本高等問題。由于閃爍陶瓷借助粉末 燒結(jié)理論和燒結(jié)工藝能實現(xiàn)離子均勻摻雜、尺寸可剪裁及良好機(jī)械加工性 等優(yōu)點(diǎn)，已成為閃爍探測材料的首選對象，并使新型閃爍材料作為當(dāng)前研 究熱點(diǎn)和前沿方向。
堿土鉿酸鹽[MHf03，M-(Ca，Sr，Ba)]屬于鈣鈦礦型氧化物，密度高， 具有穩(wěn)定的立方晶體結(jié)構(gòu)，光學(xué)各向同性的結(jié)構(gòu)阻止了任何方向折射率差 的問題，在晶界上消除光散射，易實現(xiàn)透明性。Ce"常用于閃爍體激活離 子，Ce"的5d-4f躍遷產(chǎn)生高強(qiáng)快速熒光。摻Ce"鉿酸鹽具有高的光輸出， 衰變時間短和射線阻止本領(lǐng)高等特征，是適應(yīng)于快速響應(yīng)探測器的極有前 途的陶瓷閃爍體材料。
目前，國內(nèi)外制備BaHf03:C一粉體主要采用固相合成、共沉淀法和燃燒法，固相法合成溫度高，產(chǎn)物純度低，粒徑大，不適合制備高性能的 陶瓷閃爍體。共沉淀法合成工藝復(fù)雜、制備周期長，這不僅導(dǎo)致合成成本 高，而且易引起粉體粒的硬團(tuán)聚。燃燒法存在粉體粒徑分布較寬的問題，
且不適合工業(yè)化大批量生顆生產(chǎn)。溶膠-凝膠法(sol-gel)作為一種濕化學(xué)
法具有化學(xué)組分均勻、高純度、超細(xì)性、制備溫度低、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)， 適合制備短余輝、實現(xiàn)分子級均勻摻雜，工藝相對簡單、成本低廉的優(yōu)良 閃爍陶瓷粉體材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種濕化學(xué)溶膠-凝膠法制備摻雜Ce"的BaHf03閃爍體 納米粉體的方法。該閃爍體材料化學(xué)式為BaHf03:Ce3、其中Ba":H產(chǎn)的 原子比率是從0.85:1-0.95:1;冒號后的Ce"表示摻雜劑，Ce"的摻雜濃度(摩 爾分?jǐn)?shù))是從0.3%-1.1%。采用檸檬酸為螯合劑，在加入少量乙二醇的情況 下合成BaHfO^Ce"納米發(fā)光粉體。該方法工藝簡單，可以在較低的溫度 下制備，所得BaHf03:Ce"粉體粒徑小，分布均勻，基本呈球狀。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方法，所述閃爍體材料為 BaHf03:Ce3十納米粉體，該制備方法中的粉體Ba(N03)2(99.9 % )、 HfOC12.8H20(99.99%)、 Ce(N03)3(99.9%)，檸檬酸(C6H807'H20)、乙二 醇(C2H602)、氨水、硝酸均為分析純試劑;總的金屬離子和檸檬酸的摩爾 比為1:1-1:3，金屬離子和乙二醇的摩爾比為1:2-1:6;稀土溶液的初始濃度 范圍在0.1mol/L到lmol/L范圍之內(nèi)；其制備包括初始金屬硝酸鹽溶液的 配置、成膠、千燥以及干凝膠的煅燒過程；其制備步驟為稱取上述原料并配制Ba2+、 Ce3+、 H產(chǎn)的硝酸鹽混合溶液，按與總的金屬離子(Ba2+， Hf4+， Ce3+)摩爾比1:1-1:3和1:2-1:6加入檸檬酸和乙二醇，去離子水控制溶液 起始濃度為0.1mol/L到lmol/L，磁力攪拌器加熱攪拌，氨水調(diào)節(jié)混合溶 液為PH=0.6-4.8，恒溫水浴鍋加熱即可得到透明溶膠和凝膠，將凝膠放入 真空干燥箱內(nèi)100-13(TC烘干得到蓬松前驅(qū)體，前驅(qū)體經(jīng)研磨后倒入坩堝 置于馬弗爐中，經(jīng)600-1200。C煅燒2-4h，得到BaHf03:Ce"納米粉體。
所述的溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方法，其Ba…H產(chǎn)的 原子比率是從0.85:1-0.95:1; Ce"的摻雜濃度、摩爾分?jǐn)?shù)是從0.3%-1.1%。 所述的溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方法，其制備時采用檸 檬酸為螯合劑。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明所采用的原料簡單易得，操作簡便，原料損失少，制備周期短。 在制備過程中，通過控制原料的配比，調(diào)節(jié)初始溶液的濃度，調(diào)節(jié)pH值， 以及在不同溫度下煅燒來控制產(chǎn)品的晶型、形貌以及尺寸。前驅(qū)體在較低 煅燒溫度(100(TC:)下保溫2h得到了結(jié)晶度高、近似球形、粒徑尺寸約為 40nm的BaHf03:Ce3+納米粉體。


圖1為樣品的XRD衍射圖譜；
圖2為前軀體經(jīng)105(TC煅燒2h后得到的粉體SEM圖； 圖3為不同03+含量時粉體的發(fā)光性能的比較。 本發(fā)明的附圖僅為效果的一種示意、參考，其圖中文字及影像清晰與 否并不影響對本發(fā)明的理解。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明進(jìn)一步說明 實施例1:
按照制備過程，稱取1.229g HfOCl2'8H20 、 0.706gBa(NO3)2 、 0.066gCe(NO3)3，配制得到Ba2+、 Ce3+、 H產(chǎn)的硝酸鹽混合溶液。向其中加 入1.230g的檸檬酸和0.67ml的乙二醇，去離子水控制溶液總量為40ml。 磁力攪拌器加熱攪拌，在不斷攪拌的情況下用濃氨水調(diào)節(jié)體系pH值為 3.0。在75'C水浴中加熱蒸發(fā)24h使其成膠，最終獲得透明的凝膠。將凝 膠置于干燥箱中于12(TC干燥12h，得到灰褐色蓬松多孔的干凝膠。干凝 膠經(jīng)研磨后再經(jīng)1050'C煅燒得到樣品。采用日本理學(xué)(Rigaku)D/MAX-RB 型X射線衍射儀及HITACHI S-3400N型掃描電鏡對樣品進(jìn)行分析，結(jié)果 表明，粉體結(jié)構(gòu)為典型的立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)如圖1，形貌基本為球形，尺 寸在40nm左右，如圖2所示。
其他條件如實施例1改變原料中Ce^的含量，取的摻雜濃度(摩爾分 數(shù))在0.5%-1.0%范圍內(nèi)，所得粉體的發(fā)光性能如圖4所示。當(dāng)Ce^的摻雜 濃度為0.9%時，粉體發(fā)光性能最佳，超過該值后發(fā)生濃度猝滅現(xiàn)象，導(dǎo) 致發(fā)光強(qiáng)度降低。
權(quán)利要求
1. 溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方法，所述閃爍體材料為BaHfO3:Ce3+納米粉體，其特征在于該制備方法中的粉體Ba(NO3)2(99.9％)、HfOC12·8H2O(99.99％)、Ce(NO3)3(99.9％)，檸檬酸(C6H8O7·H2O)、乙二醇(C2H6O2)、氨水、硝酸均為分析純試劑；總的金屬離子和檸檬酸的摩爾比為1∶1-1∶3，金屬離子和乙二醇的摩爾比為1∶2-1∶6；稀土溶液的初始濃度范圍在0.1mol/L到1mol/L范圍之內(nèi)；其制備包括初始金屬硝酸鹽溶液的配置、成膠、干燥以及干凝膠的煅燒過程；其制備步驟為稱取上述原料并配制Ba2+、Ce3+、Hf4+的硝酸鹽混合溶液，按與總的金屬離子(Ba2+，Hf4+，Ce3+)摩爾比1∶1-1∶3和1∶2-1∶6加入檸檬酸和乙二醇，去離子水控制溶液起始濃度為0.1mol/L到1mol/L，磁力攪拌器加熱攪拌，氨水調(diào)節(jié)混合溶液為PH＝0.6-4.8，恒溫水浴鍋加熱即可得到透明溶膠和凝膠，將凝膠放入真空干燥箱內(nèi)100-130℃烘干得到蓬松前驅(qū)體，前驅(qū)體經(jīng)研磨后倒入坩堝置于馬弗爐中，經(jīng)600-1200℃煅燒2-4h，得到BaHfO3:Ce3+納米粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方 法，其特征在于，Ba":Hf+的原子比率是從0.85:1-0.95:1; Ce"的摻雜濃度、 摩爾分?jǐn)?shù)是從0.3%-1.1%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方 法，其特征在于，制備時采用檸檬酸為螯合劑。
全文摘要
溶膠-凝膠法制備閃爍體材料納米粉體的方法，涉及用于核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、X射線探測器材料的摻鈰二氧化鉿納米粉體的制備方法，本發(fā)明提供了一種濕化學(xué)溶膠-凝膠法制備摻雜Ce³⁺的BaHfO₃閃爍體納米粉體的方法。該閃爍體材料化學(xué)式為BaHfO₃:Ce³⁺，其中Ba²⁺:Hf⁴⁺的原子比率是從0.85∶1-0.95∶1；冒號后的Ce³⁺表示摻雜劑，Ce³⁺的摻雜濃度(摩爾分?jǐn)?shù))是從0.3％-1.1％。采用檸檬酸為螯合劑，在加入少量乙二醇的情況下合成BaHfO₃:Ce³⁺納米發(fā)光粉體。該方法工藝簡單，可以在較低的溫度下制備，所得BaHfO₃:Ce³⁺粉體粒徑小，分布均勻，基本呈球狀。
文檔編號C01G27/00GK101475216SQ200910010150
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者凱 尹, 王華棟, 雷 聞, 馬偉民 申請人:沈陽化工學(xué)院