[发明专利]一种掺铈焦硅酸镥闪烁纤维及其静电纺丝合成方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光功能材料制备技术领域，涉及一种掺铈焦硅酸镥闪烁纤维及其合成方法，尤其涉及一种静电纺丝合成掺铈焦硅酸镥闪烁纤维的方法。

背景技术

掺铈焦硅酸镥（Lu₂Si₂O₇:Ce³⁺，缩写为LPS:Ce）密度约为6.2g/cm³，密度相对较高，而且荧光衰减时间短，约为30~40ns，不到闪烁单晶BGO的1/7（BGO是一种优良的闪烁单晶，用于核医学探测器），荧光发射峰在光电倍增管的探测敏感范围内，有效原子序数分别为Z=63.8，对γ射线具有良好的探测效率，能量分辨率与BGO差不多。而且掺铈焦硅酸镥（LPS:Ce）化学稳定性和高温稳定性优异、不潮解、机械强度高。基于以上突出的特点，掺铈焦硅酸镥（LPS:Ce）在高能物理、核医学诊断（特别是正电子发射层析照相PET)领域有着广阔的应用前景，是一种颇具潜力的综合性能优良的闪烁材料。目前，已有多个关于掺铈焦硅酸镥（LPS:Ce）闪烁材料制备方法的报道，例如中国专利CN1587447A公开一种掺铈焦硅酸镥高温闪烁晶体的制备方法，中国专利CN1588607A公开一种通过溶胶凝胶法制备掺铈焦硅酸镥亚微米成像荧光屏的方法。

由于一维纳米材料具有的独特的物理与化学效应，包括优良的机械性能、传输性能、量子效应等，在电、磁、光学等领域有巨大的潜在应用。纳米闪烁纤维的闪烁性能在一维尺度会呈现特殊的变化，而且纤维材料容易成型组装，在闪烁器件方面也有很大的应用潜力。因此，掺铈焦硅酸镥闪烁纤维相较于其闪烁粉体或闪烁晶体等在核医学诊断领域有更大的应用潜力。在诸多制备纤维的方法中，静电纺丝法是一种生产纳米级纤维简单有效的方法。它的投入成本小，工艺流程简单，原料选择范围广，容易实现对产物形貌、结构、成分的控制，而且能连续制备高长径比的微米纤维或纳米纤维。但是目前尚未见有采用静电纺丝技术制备掺铈焦硅酸镥闪烁纤维的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺铈焦硅酸镥闪烁纤维及其静电纺丝合成方法，以制备具有优良性能并在核医学诊断用闪烁材料领域有很大应用潜力的闪烁纤维。

在此，本发明提供一种掺铈焦硅酸镥闪烁纤维，所述闪烁纤维的化学组成为Lu₂Si₂O₇:Ce³⁺，Ce/Lu的原子量百分比为0.1%～2%；晶相结构为Lu₂Si₂O₇，纤维直径在500纳米至2微米之间。

所述闪烁纤维长径比为10:1～100:1。

本发明的掺铈焦硅酸镥闪烁纤维形貌连续，长径比高，表面光滑，闪烁性能优良，在PET（Positron Emission computed Tomograph正电子发射电子计算机断层图像）等核医学诊断用闪烁材料领域有很大的应用潜力。

另一方面，本发明提供一种静电纺丝合成所述掺铈焦硅酸镥闪烁纤维的方法，包括：制备含有硅源、镥源、铈源和高分子聚合物的纺丝原液；将所述纺丝原液进行静电纺丝制得掺铈焦硅酸镥纤维前驱体；将所述前驱体经高温处理得到所述掺铈焦硅酸镥闪烁纤维。

所述硅源可以是正硅酸乙酯，或公知的正硅酸甲酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯等，而本发明中优选为价格更为低廉的正硅酸乙酯。所述镥源可以是氧化镥、氯化镥或其水合物、硝酸镥或其水合物等，而本发明中优选为性质较为稳定的氧化镥。所述铈源可以是可溶性无机铈盐及其水合物，包括硝酸铈及其水合物、醋酸铈及其水合物、氯化铈及其水合物等，而在本发明中优选为硝酸铈。所述高分子聚合物可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛等，而本发明中优选为聚乙烯醇缩丁醛。

较佳地，所述纺丝原液的制备包括：在作为镥源的氧化镥中加入浓硝酸、加热搅拌溶解再蒸干溶液制得白色的硝酸镥固体，然后将所述固体溶解于乙醇，并依次加入作为铈源的硝酸铈和作为高分子聚合物的聚乙烯醇缩丁醛制成透明粘稠溶液A；将正硅酸乙酯加入到无水乙醇和水的混合液中，搅拌混合均匀制得溶液B；混合所述溶液A和溶液B搅拌制得所述纺丝原液。其中，制备溶液B时的搅拌时间优选为1～4h；溶液A和B的混合搅拌时间为1～2h。更优选地，在溶液B的制备过程中，正硅酸乙酯加入到无水乙醇和水的混合液中，然后再加入几滴浓盐酸，搅拌混合均匀。浓盐酸可促进正硅酸乙酯的水解。而少量酸既保证不会因酸过多而快速发生凝胶导致不能电纺，又使得水解反应充分。