[发明专利]一种具有导光结构的稀土闪烁体材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及闪烁体材料领域，具体地，涉及一种具有导光结构的稀土闪烁体材料及其制备方法和应用。

背景技术

X射线发光材料是一类能吸收X射线并将其转变为荧光发射的材料，被广泛用于医学影像、工业无损检测、港口安全检查、环境监测、地质勘探、油井钻探、和高能物理等领域。人们对X射线发光材料的研究和开发已经有120多年，目前已有十余种性能良好的X射线发光材料，可用于X射线成像系统，使得X射线影像探测成为医学诊断中最为普及的检查方法，也成为工业无损检测和港口安全监控的重要手段。其中，CaWO₄、Gd₂O₂S:Tb³⁺、BaFCl:Eu²⁺和CsI:Tl⁺是现今较为常用的X射线发光材料。

1896年，钨酸钙（CaWO₄）作为世界上第一种X射线发光材料，被M. Pupin用来探测X射线（E. N. Harvey,A History of Luminescence, The American Philosophical Society, 1957, 416）。在 X射线辐照下，CaWO₄的发光光谱是一个宽带峰，最强发射峰在430 nm处，与感蓝胶片的光谱灵敏波长区域非常匹配。而且CaWO₄具有多面体形的晶体形貌，当用它的粉体制作增感屏时，它的粉粒会密集堆积在发光层中，从而使得所产生的蓝色荧光受到的折射和散射比较轻微，在胶片上能产生较高分辨率的影像。但CaWO₄中虽然含有重原子钨，它对X射线的吸收效率并不高，而且它的X射线发光效率也仅为5%。硫氧化稀土化合物Gd₂O₂S是一种优良的发光材料基质，对X射线有较高的吸收效率。掺三价稀土Tb³⁺离子的Gd₂O₂S:Tb³⁺是发绿光的X射线发光材料，其制作成本低，价格便宜。而且，在X射线辐照下，Gd₂O₂S:Tb³⁺的发光效率高达18%。但是，Gd₂O₂S:Tb³⁺有一个非常重要的缺点，就是无法控制在硫氧化钆层中发生的光散射效应，导致影像分辨率下降。

BaFCl:Eu²⁺作为一种优良的X射线发光材料已经被用于制作医用X射线增感屏。它的荧光光谱峰值位于390 nm，呈蓝光宽带发射，与蓝敏X射线胶片感光波长匹配。用BaFCl:Eu²⁺制作的增感屏的增感系数是CaWO₄屏的4倍。但是由于氟卤化钡的晶胞结构特点是其ab轴较短，c轴较长，晶体生长时沿ab轴平面方向生长较快，沿c轴方向生长较慢，因而生长成的晶粒呈鳞片状，并常常叠加在一起，使得颗粒形貌很不规则，粒度分布较宽，在制成的增感屏发光层中排列不够致密，会导致X射线影像荧光在发光层中散射，从而会影响到影像的分辨率。为了提高X射线影像的分辨率，后来便采用气相沉积技术生长具有导光性能的CsI:Tl⁺针状晶体制作X射线影像板。由于碘化铯是针状晶体，单个针状晶体的直径只有6~7微米，X线和可见光在晶体内发生全反射，因而可以有效控制散射，提高成像分辨率。用CsI:Tl⁺针状晶体薄膜制成的影像屏成像分辨率要比硫氧化钆屏高30~40%。但是，随着CsI:Tl⁺针状晶体薄膜厚度的增加，影像屏的成像分辨率将会降低，而且CsI:Tl⁺的X射线转换效率要低于Gd₂O₂S:Tb³⁺。

因此，很有必要研发一种具有较好的成像分辨率的闪烁体材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过微下拉法生长制备得到的具有有序微纳结构的稀土共晶闪烁体材料，在高能射线辐照下，本发明提供的共晶闪烁体材料中的闪烁体相发出荧光并沿着本相定向传播，避免了荧光在材料内部的散射，提高了材料对高能射线探测成像的分辨率。

本发明的另一目的在于提供上述稀土闪烁体材料在正电子发射断层成像、单光子发射计算机扫描、X射线计算机断层扫描以及X射线荧光增感屏医学领域或高能射线探测成像领域中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：