[发明专利]具有立方晶体结构的活性电光陶瓷,其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明的主题是具有高透射率(Transmission)、高密度和高有效原子序数的电光陶瓷(Optokeramik)，其由活化剂元素掺杂。所述活化剂元素优选选自稀土离子；钛离子或过渡金属离子也是可能的。所述材料适合于吸收高能辐照(优选X射线和γ射线，还有粒子射线(Teilchenstrahung))并将其转化为可见光的光子。

因此，所述材料例如适合作为诸如医学成像(CT、PET、SPECT或组合的PET/CT系统)、安全(X射线检测装置)的闪烁介质(Szintillationsmedien)或者可以用于目标跟踪和勘测(Erkundung)(勘察(Exploration)，资源勘探(Rohstofferschlieβung))。由本发明材料形成的晶粒具有立方晶体结构(点和空间群以及原子层与烧绿石或萤石矿物的那些是同型的(isotyp))或者就晶体结构而言可由上述二者明确导出。

根据本发明，电光陶瓷理解为基于氧化物或其它硫属元素化物的材料的基本上单相的多晶材料，其具有立方对称性和高的透明度。因此，电光陶瓷理解为陶瓷的特殊子类。其中，“单相的”应理解为至少多于95％，优选至少97％，更优选至少99％和最优选99.5-99.9％的所述材料以目标组成的晶体形式存在。各个微晶(Kristallite)致密地设置，并达到相对于理论密度的至少95％，优选至少98％，进一步优选至少99％。相应地，所述电光陶瓷是近乎无孔的。

电光陶瓷与常规玻璃陶瓷的区别在于后者除了晶体相之外还具有高份额的非晶态玻璃相。而且，常规陶瓷不能达到电光陶瓷所具有的高密度。无论是玻璃陶瓷还是陶瓷都不会具有电光陶瓷的下面有利性能，例如特定的折射率、阿贝数、相对粒子弥散值和尤其有利的是相对于在可见和/或红外波长范围的光的高透明度(Transparenz)。

闪烁材料是直接或通过多个中间步骤吸收高能辐射的活性介质，其中产生电子-空穴对。电子-空穴对的重组导致位于附近的活化剂中心的激发。后者由此提升到亚稳激发态。具体取决于激活剂和主体材料的选择，其的驰豫导致发射出电磁辐射(二次辐射)，该电磁辐射的能量范围在近紫外至近红外，也即200纳米-1500纳米，优选300纳米-1100纳米。这由合适的光电换能器(光电倍增管或光电二极管)转变为电信号。应用领域为医学领域(成像和诊断)、工业探测、剂量测定、核医学和高能物理以及安全、目标跟踪和勘察。

对于检测高能辐射(X射线和γ射线)和将它们转变成可见光的检测器材料的要求是多方面的：

-高光产率和高能量分辨率，

-对于二次辐射的高透射率(对所产生的可见光去耦(Auskopplung))，

-高X射线或γ射线吸收效率，

-低辐射干扰，

-高化学和光学折射同质性，

-好的加工性和闪烁材料的形状精确的高精度的后加工性，

-适配于检测器的灵敏度的发射波长，

-短的衰减时间(Decay Time)，以提高“飞行时间实验(Time of FlightExperiment)”的分辨率和使得扫描速度更快，以保持病人的辐射剂量尽可能低，和

-在激发辐射熄灭后低的余晖(Afterglow)

特别是高透射率和高X射线和γ射线吸收横截面(Absorptioinsquerschnitt)方面是特别重要的。此外，所述材料必须能够经济地制备。

背景技术

在现有技术中已知CT闪烁体，例如比如(Y，Gd)₂O₃:Eu(在此缩写为“YGO”)以及Gd₂O₂S:Pr，Ce，F(在此缩写为“GOS”)。这两者都以陶瓷形式使用。以大个体生长单晶由于非常高的熔融温度和生长温度(大于2000℃)是不可能的或者是极端昂贵的。通过烧结合适的粉末，该组合物可以在显著低于2000℃的低温相对价格有利地制备。

GOS材料的问题在于其晶体相的对称性(微晶的六方排列)低。由于各晶粒(Kfistallkorn)的双折射性质，在致密烧结的结构中导致光学光子不合意的散射。高透明性的GOS陶瓷本质上是不可制得的。

EU:YGO，例如组成Eu:Y_1.34Gd_0.66O₃，就其密度而言相对于GOS是稍许不利的(大约5.92g/cm³)和就入射的辐照的吸收而言与GOS相比也是不利的。此外，烦人的是大约1ms(毫秒)的长衰减时间。