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一种溴化铈晶体及其制备方法

阅读：832发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种溴化铈晶体及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种溴化铈晶体的制备方法，包括以下步骤：A)将溴化铈粉末与碳材料置于坩埚中；B)将步骤A)得到的坩埚真空烧封后进行热处理，得到溴化铈晶体。本申请还提供了一种溴化铈晶体。本申请在制备溴化铈晶体的过程中，在溴化铈生长原料中加入适量的碳材料作为水、氧消耗剂，消耗掉原料自带、坩埚附着、原料填装、转移、封装过程中引入的水、氧杂质，从而避免晶体生长过程中发生的物料氧化和水解作用，进而生长出透明、无开裂的高质量溴化铈单晶。，下面是一种溴化铈晶体及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种溴化铈晶体的制备方法，包括以下步骤：
A)将溴化铈粉末与碳材料置于坩埚中；
B)将步骤A)得到的坩埚真空烧封后进行热处理，得到溴化铈晶体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溴化铈粉末与碳材料的质量比为
1：n，0＜n＜0.01。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的过程具体为：
将烧封后的坩埚置于布里奇曼下降炉中央，调整坩埚位于上温区；再加热后保温，然后将坩埚下降至下温区后再降温至室温。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述上温区的温度为750～850℃，所述下温区的温度为550～650℃；所述保温的时间为24～72h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述下降的速率为0.01～10mm/h，所述降温的速率为1～100℃/h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料为碳粉或石墨粉。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空烧封在真空装置下进行，所述真空烧封的压力小于5×10-3Pa。
8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料的纯度>
99.99％，所述溴化铈粉末的纯度>99.99％。
9.一种溴化铈晶体，由溴化铈粉末与碳材料制备得到。
10.根据权利要求9所述的溴化铈晶体，其特征在于，所述溴化铈粉末与碳材料的质量比为1：n，0＜n＜0.01。

说明书全文

一种溴化铈晶体及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无机新材料技术领域，尤其涉及一种溴化铈晶体及其制备方法。

背景技术

[0002] 闪烁晶体用于制造探测器，在高能物理、核物理、影像核医学诊断、地质勘探、天文空间物理学以及安全稽查领域中有着巨大的应用前景。随着核科学技术以及其它相关技术的飞速发展，闪烁晶体的应用领域在不断的拓宽。不同应用领域对无机闪烁体也提出了更多更高的要求。传统的NaI：Tl、BGO等闪烁晶体已经无法满足新的应用领域的特殊要求。

[0003] 掺铈溴化镧晶体(LaBr3：Ce)自1999年被发现后，由于其优异的闪烁性能掀起了研3
究的热潮。掺铈溴化镧光输出可达78000Ph/MeV，其衰减时间快达16ns，其密度为5.1g/cm ，对高性能射线的吸收能力明显强于NaI：Tl晶体，且其环境污染的风险远远小于NaI：Tl，因此LaBr3:Ce晶体目前已成为光输出高、衰减快闪烁晶体的代表，该晶体有望全面取代NaI：
Tl晶体，从而在医疗仪器、安全检查和油井探测等领域得到广泛使用。溴化铈(CeBr3)闪烁晶体有着很高的发光产额(约45000p/MeV)、高的能量分辨(约4％)，相比LaBr3:Ce，虽然其性能指标略差，但是其本征的噪音更低，用途也十分广泛。

[0004] CeBr3晶体生长困难，主要是由于CeBr3极易吸水和氧化，生成CeOBr或CeO2，容易造成晶体的开裂与不透明。即使CeBr3原料的水氧含量极低，在配料、装管、坩埚封装过程中也很难避免物料的吸水和吸氧，造成物料的水解和氧化，从而不利于获得透明无开裂的晶体。

发明内容

[0005] 本发明解决的技术问题在于提供一种溴化铈晶体的制备方法，本申请提供的制备方法可获得结晶性和透明度好的溴化铈晶体。

[0006] 有鉴于此，本申请提供了一种溴化铈晶体的制备方法，包括以下步骤：

[0007] A)将溴化铈粉末与碳材料置于坩埚中；

[0008] B)将步骤A)得到的坩埚真空烧封后进行热处理，得到溴化铈晶体。

[0009] 优选的，所述溴化铈粉末与碳材料的质量比为1：n，0＜n＜0.01。

[0010] 优选的，所述热处理的过程具体为：

[0011] 将烧封后的坩埚置于布里奇曼下降炉中央，调整坩埚位于上温区；再加热后保温，然后将坩埚下降至下温区后再降温至室温。

[0012] 优选的，所述上温区的温度为750～850℃，所述下温区的温度为550～650℃；所述保温的时间为24～72h。

[0013] 优选的，所述下降的速率为0.01～10mm/h，所述降温的速率为1～100℃/h。

[0014] 优选的，所述碳材料为碳粉或石墨粉。

[0015] 优选的，所述真空烧封在真空装置下进行，所述真空烧封的压力小于5×10-3Pa。

[0016] 优选的，所述碳材料的纯度>99.99％，所述溴化铈粉末的纯度>99.99％。

[0017] 本申请还提供了一种溴化铈晶体，由溴化铈粉末与碳材料制备得到。

[0018] 优选的，所述溴化铈粉末与碳材料的质量比为1：n，0＜n＜0.01。

[0019] 本申请提供了溴化铈晶体的制备方法，其是将溴化铈粉末与碳材料置于坩埚后再进行热处理，从而得到了溴化铈晶体；在制备溴化铈晶体的过程中，本申请在溴化铈多晶原料中加入了碳材料，碳材料在晶体生长过程中与水、氧发生反应，保证坩埚的非氧化性无水气氛，而避免了溴化铈生长的过程中的氧化和水解，从而获得了透明无开裂、结晶性好的溴化铈晶体。

具体实施方式

[0020] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

[0021] 针对现有技术中溴化铈晶体生长困难，且制备的晶体开裂、不透明的现状，本申请提供了一种溴化铈晶体的制备方法，其通过引入碳材料作为水、氧消耗剂，保证坩埚的非氧化性无水气氛，从而避免了溴化铈晶体生产过程中发生的物料氧化和水解作用，最终生长出透明、无开裂的高品质溴化铈晶体。具体的，本发明实施例公开了一种溴化铈晶体的制备方法，包括以下步骤：

[0022] A)将溴化铈粉末与碳材料置于坩埚中；

[0023] B)将步骤A)得到的坩埚真空烧封后进行热处理，得到溴化铈晶体。

[0024] 在上述制备溴化铈晶体的过程中，本申请首先将溴化铈粉末与碳材料置于坩埚中进行原料的混合。在此过程中，溴化铈粉末与碳材料的质量比为1：n，0＜n＜0.01，更具体的，0＜n＜0.005，在具体实施例中，n为0.00005或0.0001；所述碳材料的含量过多，则影响溴化铈晶体的颜色、透明度和透光性，也可能会造成晶体中碳包覆。所述碳材料为本领域技术人员熟知的碳材料，具体可选自碳粉或石墨粉。所述溴化铈粉末的纯度大于99.99％，所述碳材料的纯度大于99.99％。

[0025] 在原料混合之后，本申请则将装有混合原料的坩埚在真空装置下进行真空烧封，所述真空烧封的压力小于5×10-3Pa，在具体实施例中，所述真空烧封的压力大于1×10-4Pa且小于1×10-3Pa。

[0026] 按照本发明，最后将上述烧封后的坩埚进行热处理，以使多晶溴化铈粉末逐步结晶生长为溴化铈单晶体，具体的，所述热处理的过程具体为：

[0027] 将烧封后的坩埚置于布里奇曼下降炉中央，调整坩埚位于上温区；再加热后保温，然后将坩埚下降至下温区后再降温至室温。

[0028] 更具体的，将烧封好的坩埚置于布里奇曼下降炉中央，调整坩埚位置于上温区；设置上温区温度为750～850℃，下温区温度为550～650℃，开启加热，保温24～72h；

[0029] 以0.01～10mm/h的下降速率使坩埚下降以使熔体逐步结晶为单晶体，当坩埚全部处于下温区后，以1～100℃/h的降温速率逐步降至室温。

[0030] 在上述热处理过程中，所述上温区的温度为750～850℃，所述下温区温度为550～650℃。所述下降速率为1～5mm/h，所述降温速率为10～50℃/h。

[0031] 本申请还提供了一种溴化铈，其由溴化铈粉末与碳材料制备得到；更具体的，所述溴化铈粉末与碳材料的质量比为1：n，0＜n＜0.01。

[0032] 本发明提供了一种溴化铈晶体的制备方法，其在溴化铈多晶原料中加入了碳材料，由此在晶体生长过程中，碳材料与水、氧分别反应，由此水、氧消耗后就避免了溴化铈的氧化和水解，从而获得了透明无开裂的晶体。

[0033] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的溴化铈的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

[0034] 实施例1CeBr3的制备方法

[0035] (1)将纯度均大于99.99％的500gCeBr3与0.025g(质量分数0.005％)石墨粉混合，装入石英坩埚中；

[0036] (2)将坩埚在真空装置下进行烧封，真空压力为5×10-4Pa；

[0037] (3)将烧封好的坩埚管置于布里奇曼下降炉中央，调整坩埚位置于上温区；设置上温区温度为800℃，下温区温度为600℃，开启加热，保温48h；

[0038] (4)以1mm/h的下降速率使坩埚下降以使熔体逐步结晶为单晶体，当坩埚全部处于下温区后以10℃/h的降温速率逐步降至室温，得到溴化铈晶体。

[0039] 实施例2CeBr3的制备方法

[0040] (1)将纯度均大于99.99％的500gCeBr3与0.05g(质量分数0.01％)石墨粉混合，装入石英坩埚中；

[0041] (2)将坩埚在真空装置下进行烧封，真空压力2×10-4Pa；

[0042] (3)将烧封好的坩埚管置于布里奇曼下降炉中央，调整坩埚位置于上温区；设置上温区温度为800℃，下温区温度为600℃，开启加热，保温36h；

[0043] (4)以2mm/h的下降速率使坩埚下降以使熔体逐步结晶为单晶体，当坩埚全部处于下温区后以20℃/h的降温速率逐步降至室温，得到溴化铈晶体。

[0044] 检测实施例1和实施例2制备的溴化铈晶体的特征，结果表明：溴化铈晶体为透明无色晶体，无包裹物、无气泡；是一种整体的圆柱体透明晶体，无裂纹；且整体质量均一，晶体上部无不透明部分，无云状、雾状部分；氧含量＜15ppm，水含量＜2ppm。

[0045] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

[0046] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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