一种硅格位掺杂Mn的LYSOCe闪烁材料、制备方法及应用

本发明涉及材料，具体涉及一种硅格位掺杂mn的lyso ce闪烁材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、飞行时间-正电子发射断层扫描成像(tof-pet)是目前医学成像技术的重要发展方向，时间分辨率是其核心指标。为尽可能优化该性能，需要闪烁晶体具有尽可能高的光产额和尽可能快的衰减时间。在现有闪烁晶体中，铈掺杂的硅酸钇镥(lyso:ce)晶体是一种性能非常优异的闪烁晶体材料，其光产额为30000ph/mev左右，衰减时间约为40ns，已在pet中获得了广泛的应用。

2、lyso:ce闪烁晶体性能的进一步提升对现代核医学成像领域意义重大。具体而言，改进其闪烁性能，意味着更高的光产量(光子数/单位能量输入)，能够更有效地将放射性同位素衰变产生的伽马光子转化为可见光信号，进而提高信号采集效率和图像质量。这有助于医生获得更清晰、更准确的体内代谢活动图像，有利于疾病的早期诊断和治疗效果评估。

3、对此，本司拟立项对闪烁晶体做进一步的研发，以提高闪烁晶体的性能，如提高光产额、减少衰减时间或降低余辉水平等。

技术实现思路

1、为解决上述至少一个技术缺陷，本发明提供了如下技术方案：

2、本申请文件第一方面公开一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料，闪烁材料的物料组成比例：lu2(1-x-y)ce2xy2ysi1-zmnzo5，其中0＜x≤0.005，0＜y≤0.3，0＜z≤0.003。

3、进一步，0.0002≤x≤0.002，0.05≤y≤0.2。

4、进一步，0.0001≤z≤0.0005。

5、进一步，所述闪烁材料的空间群为c2/c。

6、本申请文件第二方面公开一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7、(1)按照上述所示的结构式称量lu2o3、y2o3、sio2、mno2、ceo2并混合，得到混合粉体；

8、(2)将所得混合粉体在1200～2000℃下固相反应8～16小时，得到ce、mn共掺lyso闪烁多晶粉末；

9、(3)将所得混合粉体制成直径为4-8mm的圆柱体，在120～220mpa压力下压制成型，在1200～2000℃下固相反应8～16小时，得到ce、mn共掺lyso闪烁多晶陶瓷棒；

10、(4)将所得多晶陶瓷棒加热至熔化，生长成型权利要求1所示结构式的ce、mn共掺lyso闪烁材料。

11、进一步，步骤(4)中采用提拉法、泡生法、导模法、微下拉法或光学浮区法进行单晶生长。

12、本申请文件第三方面公开上述的闪烁材料或上述制备方法制备的闪烁材料在在高能物理探测与粒子辨别或核医学影像中的应用。如应用在核物理与高能物理相关的探测装置中，应用在核医学影像相关的成像装置中，应用在天体物理的相关探测装置中等。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果：

14、1、本发明对闪烁材料进行设计，以mn部分取代si格位，以mn2+离子的形态存在，mn掺杂抑制了晶体的陷阱能级，使晶体余辉水平降低；ce在晶体中占据稀土格位，以ce3+/ce4+离子的形态存在，空间群为c2/c，该结构的闪烁材料具有生长周期短，缺陷被显著抑制，余辉水平大幅降低、光产额提高、衰减时间降低等优点，适合应用在高能物理探测与粒子辨别、核医学影像等领域。

技术特征：

1.一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料，其特征在于，闪烁材料的物料组成比例：lu2(1-x-y)ce2xy2ysi1-zmnzo5，其中0＜x≤0.005，0＜y≤0.3，0＜z≤0.003。

2.如权利要求1所述的一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料，其特征在于：0.0002≤x≤0.002，0.05≤y≤0.2。

3.如权利要求1所述的一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料，其特征在于：0.0001≤z≤0.0005。

4.如权利要求1所述的一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料，其特征在于：所述闪烁材料的空间群为c2/c。

5.一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的一种硅格位掺杂mn的lyso：ce闪烁材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中采用提拉法、泡生法、导模法、微下拉法或光学浮区法进行单晶生长。

7.权利要求1-4任一项所述的闪烁材料或权利要求5-6任一项所述制备方法制备的闪烁材料在高能物理探测与粒子辨别或核医学影像中的应用。

技术总结本发明公开了一种硅格位掺杂Mn的LYSO：Ce闪烁材料、制备方法及应用，闪烁材料的组成比例：Lu<subgt;2(1‑x‑y)</subgt;Ce<subgt;2x</subgt;Y<subgt;2y</subgt;Si<subgt;1‑z</subgt;Mn<subgt;z</subgt;O<subgt;5</subgt;，其中0＜x≤0.005，0＜y≤0.3，0＜z≤0.003，本发明对闪烁材料进行设计，以Mn部分取代Si格位，以Mn<supgt;2+</supgt;离子的形态存在，Mn掺杂抑制了晶体的陷阱能级，使晶体余辉水平降低；Ce在晶体中占据稀土格位，以Ce<supgt;3+</supgt;/Ce<supgt;4+</supgt;离子的形态存在，空间群为C2/c，该结构的闪烁材料具有生长周期短，缺陷被显著抑制，余辉水平大幅降低、光产额提高、衰减时间降低等优点，适合应用在高能物理探测与粒子辨别、核医学影像等领域。技术研发人员：冯鹤,余嘉琪,赵书文,丁栋舟,薛中军受保护的技术使用者：上海大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14