離子擴散法改性鎢酸鉛晶體

鎢酸鉛晶體(PbWO₄)作為一種新型閃爍晶體，由於它的高密度(8.28g/cm3)、短輻射長度(0.87cm)和Moliere半徑(2.12cm)、快的閃爍衰減時間(t平均＜50ns)、較強的抗輻照 損傷能力以及價格低廉等優點，現在已被歐洲核子研究中心(CERN)用於建造大型強子對撞機(LHC)的精密電磁量能器 (ECAL)。

PbWO₄閃爍晶體有很多優點，但每種晶體並不完美，都存在自身的缺陷，PWO也不例外， PWO晶體光產額(簡稱LY)低的缺陷限制了它在高能領域以外其他領域的應用，如何提高 PWO晶體的LY以拓寬其應用領域尤其是在PET等醫學成像方面的應用，這是目前急需解決的一個問題。

目前常用的提高PWO晶體光產額的方法有：(1)在PWO基質中摻雜離子，從而引入新的發光中心，使發光中心的第一激發態輻射躍遷能量接近或稍低於WO42-的零聲子轉變能，此外摻雜離子高的電子能級和強的捕獲e-能力也會對PWO晶體LY的提高產生積極影響；(2)通過優化退火工藝條件補償氧空位，減少缺陷，提高PWO晶體在藍發光峰(420nm) 附近的透過率。但生長一根摻雜離子鎢酸鉛晶體，從鉑金坩堝的製備、晶種的定向切割、裝 料、裝爐到晶體的升溫、接種、定向生長，這都需要豐富鎢酸鉛晶體生長經驗，而且生長的鎢酸鉛晶體由於內部缺陷和熱應力，極易使鎢酸鉛晶體開裂和孿晶的生成,很難得到高品質鎢酸鉛晶體。

為了提高PWO晶體光產額，還有學者採用離子擴散法改性鎢酸鉛晶體的工藝，這種方法包括以下步驟：

1)以99.999％ PbO粉末和99.999％ WO3粉末為原料，按照n(PbO)∶n(WO3)＝1∶1摩爾比精確配料，利用坩堝下降法或提拉法生長鎢酸鉛晶體；

2)將生成的鎢酸鉛晶體經X射線定向儀精確定向、切割、研磨成厚度為2～5mm規格的 鎢酸鉛晶片，清洗後得到純鎢酸鉛晶體樣品；

3)將步驟(2)得到的純鎢酸鉛晶體樣品放入裝有金屬氧化物粉末的坩堝中，使純鎢酸鉛晶體樣品被金屬氧化物粉末嚴實包裹，然後將坩堝放入馬弗爐中，升溫至800～1000℃，保溫 12～36h後擴散結束，然後降溫至室溫，得到改性的鎢酸鉛晶體。制得的改性的鎢酸鉛晶體取出後經清洗、光學拋光即可進行閃爍性能測試。

與現有技術相比，離子擴散法的優點是：在鎢酸鉛晶體中引入金屬離子提高了鎢酸晶體的閃爍性能，獲得了高品質的改性鎢酸鉛晶體；並且設備、工藝簡單，大大降低了能源消耗和時間，提高了效率。

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