Спосіб отримання монокристалів cssrcl3:eu2+ високої чистоти

Реферат: 2+ Спосіб вирощування активованих монокристалів CsSrCl3:Eu включає синтез вихідної сировини, плавлення та очищення отриманого розплаву парою чотирихлористого вуглецю в потоці аргону, вакуумування та вирощування монокристалу. Під час синтезу вихідну сировину активують. UA 114453 U (12) UA 114453 U UA 114453 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології отримання сцинтиляційних матеріалів на основі галогенідів лужних та лужноземельних металів, активованих галогенідами рідкісноземельних 2+ металів і може бути використана для вирощування монокристалів CsSrCl3:Eu високої чистоти. Неорганічні сцинтилятори знаходять широке застосування в різних областях фізики, медицини, геології. Важливими критеріями для практичного використання будь-якого сцинтилятора є низька ціна, задовільні сцинтиляційні параметри, легкість синтезу шихти для вирощування монокристалів. Більшість неорганічних сцинтиляторів гігроскопічні, що ускладнює отримання сцинтиляторів високої якості. Оксигенвмісні домішки, які завжди присутні в вихідній сировині або потрапляють в розплав під час вирощування монокристалу, ведуть до зменшення світлового виходу та погіршення енергетичної роздільної здатності. Відомий спосіб одержання сцинтиляційних матеріалів змішаного складу [патент США № 8815119, С09К 11/61], у якому для вирощування монокристалів використовують солі високої чистоти 99,99 %. Вихідні компоненти заздалегідь просушують під вакуумом, змішують у сухому боксі в стехіометричному співвідношенні відповідно до складу певної матриці, розплавляють отриману шихту та фільтрують одержані розплави декілька разів. Додаткове очищення для одержання солей високої чистоти призводить до ускладнень під час вирощування монокристалів. До того ж, фільтрування розплавів вихідних компонент, як правило, є ефективним при забруднені розплаву нерозчинними домішками, але повністю позбавитись від оксигенвмісних домішок за допомогою фільтрування неможливо. Відомий спосіб очищення розплаву шихти [R.P. Pastor, А.С. Pastor. Crystal growth of KCl in a reactive atmosphere. - Materials Research Bulletin. - 1975. - Vol. 10. - P. 251-256], що включає обробку розплаву протягом 65 годин парами CCl4 у газі-носії (гелій або вуглекислий газ), 3 швидкість подання суміші у розплав складає 0,5 см /с. Недоліком даного способу є присутність домішок вуглецю у вирощеному монокристалі при використанні як газ-носій гелію. Заміна Не на СО2 дає можливість одержати візуально прозорі кристали без домішок вуглецю, але даний спосіб обробки розплаву є трудомістким. У відомому способі вирощування монокристалів [V.L. Cherginets, A.Yu. Grippa, T.P. Rebrova, Yu.N. Datsko, T.V. Ponomarenko, N.V. Rebrova, N.N. Kosinov, O.A. Tarasenko, Yu.I. Dolzhenko, O.V. Zelenskaya. Scintillation properties of Eu2+ - doped SrCl2 and CsSrCl3 single crystals. Functional Materials. - 2012. - V. 19. - №. 2. - Р. 187-191], який включає завантаження вихідної сировини, яка відповідає складу матриці CsSrCl3, в кварцовий контейнер, плавлення шихти, обробку отриманого розплаву парою ССl4 в потоці Аr, кристалізацію розплаву, подрібнення матриці в сухому боксі, додавання до матриці активатора у відповідній кількості, завантаження 2+ суміші в ростовий контейнер, нагрівання шихти CsSrCl3:Eu до температури плавлення 870 °C, витримка протягом 24 годин під вакуумом та подальше вирощування монокристалу. Недоліком способу є те, що під час вирощування монокристалу використовують активатор без додаткового очищення, хоча він є гігроскопічним та здатним до окиснення. Утворений при 2+ високих температурах оксид європію входить в монокристали CsSrCl3:Eu , що призводить до погіршення якості монокристалів та зниження їх сцинтиляційних характеристик. До того ж, концентрація активатора в кристалі не відповідає початковій кількості введеного активатора. За ознаками, що описують останній з аналогів, його вибрано як найближчий. В основу корисної моделі поставлена задача поліпшення сцинтиляційних характеристик та 2+ спрощення технологічного процесу отримання монокристалів CsSrCl3:Eu . Поставлена задача вирішується у способі вирощування активованих монокристалів 2+ CsSrCl3:Eu , який включає синтез вихідної сировини, плавлення та очищення отриманого розплаву парою чотирихлористого вуглецю в потоці аргону, вакуумування та вирощування монокристалу, згідно з корисною моделлю, під час синтезу вихідну сировину активують. Введення активатора безпосередньо у вихідну сировину під час синтезу дозволяє надалі очищувати і активатор від оксигенвмісних домішок парою чотирихлористого вуглецю в потоці аргону та, як наслідок, значно поліпшити якість отриманих кристалів. Пропускання суміші Ar/ССl4 через розплав шихти CsSrCl3+EuCl2 з постійною швидкістю забезпечує інтенсивне рівномірне перемішування розплаву, завдяки чому значно підвищується швидкість, а, отже, скорочується тривалість процесу очищення. При обробці розплаву чотирихлористий вуглець взаємодіє з оксигенвмісними домішками, що входять до складу як матриці так і активатора, і повністю їх руйнує: 2 SrO + ССl4  2 SrCl2 + СО2 2 EuO + ССl4  2 EuCl2+CO2 Утворений таким чином газ СО2 повністю видаляють із розплаву струменем аргону або вакуумуванням перед процедурою росту кристалів. 1 UA 114453 U 5 10 15 20 25 30 35 Запропонований спосіб спрощує процедуру вирощування монокристалів, забезпечує точне дотримання концентрації активатора в монокристалі і покращення його сцинтиляційних характеристик (див. табл.). Даний спосіб дозволяє використовувати як сировину реактиви категорій ч.д.а. та х.ч., що значно здешевлює вартість кінцевого продукту. В таблиці наведено результати вимірювань сцинтиляційних характеристик вирощеного монокристалу, що заявляється, в порівнянні з найближчим аналогом. Спосіб вирощування активованих монокристалів CsSrCl3:Eu, що заявляється, ілюструється наступним прикладом. Приклад 1. Наважку 45,141 г SrCO3 (ч.д.а.) та 1,6091 г Eu2O3 (ч.д.а.) розчиняють в 60 мл хлоридної кислоти. В розчин додають наважку 54,2053 г CsCl (х.ч.) та 40 г NH4Cl (х.ч.) і випарюють до сухого стану. Отриману суміш поміщають в кварцову ампулу діаметром 60 мм і висотою 500 мм, нагрівають під вакуумом при поступовому підйомі температури до 400 °C (зі швидкістю 15 °C/год.). Після цього шихту пересипають в ростовий контейнер. Ростовий контейнер поміщають в ростову піч, розплавляють і витримують при температурі 870-900 °C в атмосфері ССl4/Аr (швидкість подачі суміші 150 мл/хв.) протягом 3 годин. Після обробки ростовий контейнер вакуумують протягом 10 хвилин, запаюють та ставлять на вирощування методом Бріджмена - Стокбаргера. З отриманого монокристалу вирізають зразок розміром 12×2 мм, з якого виготовляють детектор і вимірюють сцинтиляційні характеристики. Сцинтиляційні параметри виготовленого детектора (енергетичне розділення і світловий вихід) визначають з використанням сцинтиляційного спектрометра, що включає: детектор, фотоелектронний помножувач R1307 Hamamatsu, блок високої напруги БНВ-30, передпідсилювач БУС2-94, спектрометричний підсилювач БУС-95, аналізатор імпульсів АМА03Ф. Вимірюють спектри амплітуд імпульсів при збудженні сцинтилятора гамма137 випромінюванням джерела Cs з енергією 662 кеВ. Із положення піку повного поглинання енергії при 662 кеВ визначають відносний світовий вихід у відсотках до зразка, який було виготовлено за найближчим аналогом. З відношення ширини піку повного поглинання на половині висоти до положення цього піку знаходять енергетичне розділення у відсотках. Результати вимірювань характеристик сцинтилятора наведено в таблиці. Таким чином, запропонований спосіб отримання монокристалів спрощує процедуру підготовки шихти та вирощування монокристала, здешевлює вартість кінцевого продукту, покращує фізичні властивості монокристалу. Таблиця 2+ Зразок монокристалу CsSrCl3:Eu розміром 12×2 мм Зразок 1, виготовлений за найближчим аналогом Зразок 2, виготовлений за способом, що заявляється Відносний світловий вихід, % Енергетичне розділення, % 100 11,5 120 9 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 2+ Спосіб вирощування активованих монокристалів CsSrCl3:Eu , який включає синтез вихідної сировини, плавлення та очищення отриманого розплаву парою чотирихлористого вуглецю в потоці аргону, вакуумування та вирощування монокристалу, який відрізняється тим, що під час синтезу вихідну сировину активують. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2