离子扩散法改性钨酸铅晶体

钨酸铅晶体(PbWO₄)作为一种新型闪烁晶体，由于它的高密度(8.28g/cm3)、短辐射长度(0.87cm)和Moliere半径(2.12cm)、快的闪烁衰减时间(t平均＜50ns)、较强的抗辐照 损伤能力以及价格低廉等优点，现在已被欧洲核子研究中心(CERN)用于建造大型强子对撞机(LHC)的精密电磁量能器 (ECAL)。

PbWO₄闪烁晶体有很多优点，但每种晶体并不完美，都存在自身的缺陷，PWO也不例外， PWO晶体光产额(简称LY)低的缺陷限制了它在高能领域以外其他领域的应用，如何提高 PWO晶体的LY以拓宽其应用领域尤其是在PET等医学成像方面的应用，这是目前急需解决的一个问题。

目前常用的提高PWO晶体光产额的方法有：(1)在PWO基质中掺杂离子，从而引入新的发光中心，使发光中心的第一激发态辐射跃迁能量接近或稍低于WO42-的零声子转变能，此外掺杂离子高的电子能级和强的捕获e-能力也会对PWO晶体LY的提高产生积极影响；(2)通过优化退火工艺条件补偿氧空位，减少缺陷，提高PWO晶体在蓝发光峰(420nm) 附近的透过率。但生长一根掺杂离子钨酸铅晶体，从铂金坩埚的制备、晶种的定向切割、装 料、装炉到晶体的升温、接种、定向生长，这都需要丰富钨酸铅晶体生长经验，而且生长的钨酸铅晶体由于内部缺陷和热应力，极易使钨酸铅晶体开裂和孪晶的生成,很难得到高质量钨酸铅晶体。

为了提高PWO晶体光产额，还有学者采用离子扩散法改性钨酸铅晶体的工艺，这种方法包括以下步骤：

1)以99.999％ PbO粉末和99.999％ WO3粉末为原料，按照n(PbO)∶n(WO3)＝1∶1摩尔比精确配料，利用坩埚下降法或提拉法生长钨酸铅晶体；

2)将生成的钨酸铅晶体经X射线定向仪精确定向、切割、研磨成厚度为2～5mm规格的 钨酸铅晶片，清洗后得到纯钨酸铅晶体样品；

3)将步骤(2)得到的纯钨酸铅晶体样品放入装有金属氧化物粉末的坩埚中，使纯钨酸铅晶体样品被金属氧化物粉末严实包裹，然后将坩埚放入马弗炉中，升温至800～1000℃，保温 12～36h后扩散结束，然后降温至室温，得到改性的钨酸铅晶体。制得的改性的钨酸铅晶体取出后经清洗、光学抛光即可进行闪烁性能测试。

与现有技术相比，离子扩散法的优点是：在钨酸铅晶体中引入金属离子提高了钨酸晶体的闪烁性能，获得了高质量的改性钨酸铅晶体；并且设备、工艺简单，大大降低了能源消耗和时间，提高了效率。

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