全数字PET关键材料硅酸钇镥闪烁晶体研究进展

硅酸钇镥(LYSO)凭借其优异的综合性能,已成为正电子发射断层成像(PET)中最为主流的闪烁晶体材料。近年来,由多电压阈值(MVT)理论发展而来的全数字PET技术,实现了闪烁脉冲的源头数字化,提高了PET成像空间分辨率、系统灵敏度等关键指标,催生了质子治疗监测、正电子寿命谱等新应用。不同于传统的时间间隔采样方法,MVT是一种基于电压-时间的纵向采样技术,在时间很快的脉冲信号采样领域具有天然优势。因此,调控LYSO晶体的闪烁发光特性,以适应MVT采样方法,从而发掘其精准数字化的最大潜能,是全数字PET应用需求下LYSO闪烁晶体的一个新的发展方向。本文综述LYSO晶体的闪烁原理、性能调控和生长技术。梳理如何调制LYSO晶体光输出、衰减时间和均一性等关键性能,以适应全数字PET的采样特性。介绍本团队面向全数字PET需求,开发的快衰减、高均一LYSO晶体的研究进展。最后,结合LYSO研究现状和全数字PET探测器的新需求,展望LYSO闪烁晶体的未来发展方向。

等离子喷涂法制备炭/炭复合材料硅酸钇涂层研究

采用等离子喷涂(Atmospheric plasma spraying,APS)法在炭/炭复合材料碳化硅(SiC)内涂层表面制备了硅酸钇涂层。分别采用XRD和SEM分析了所得涂层的微观结构,并测试了带有SiC/硅酸钇复合涂层的炭/炭复合材料试样在1500℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明:通过调节喷涂粉料中的SiO2和Y2O3的摩尔比,可制得Y2SiO5、Y2Si2O7、Y2Si2O7/Y2SiO5和Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5四种不同结构的硅酸钇涂层;1500℃氧化73h后,SiC/Y4Si3O12/Y2Si2O7/Y2SiO5涂层试样的氧化失重速率相对较低,仅为1.01×10-4g.cm-.2h-1。

声化学法可控合成硅酸钇纳米晶

以硝酸钇、硅酸钠和氢氧化钠为主要原料，通过调节起始溶液配比，采用声化学法可控合成硅酸钇纳米晶。借助X射线衍射仪（XRD）和场发射扫描电镜（FESEM）分析粉体的晶相结构和显微形貌，并探讨了硅酸钇纳米晶的声化学合成机理。结果表明：选不同配比的溶液体系，经超声波200W功率作用60min后，得到的沉淀于900℃下保温2h，最终可获得颗粒尺寸分别为40-55nm、50-65nm和25-40nm的Y2SiO5、Y4．67（SiO4）3O和Y2Si2O7三种硅酸钇纳米晶。

pH值对硅酸钇涂层结构影响的研究

采用一种新颖的水热电沉积方法直接在石墨表面制备了硅酸钇涂层，利用XRD，EDS和SEM等测试手段对涂层进行测试分析，重点研究了电沉积前驱溶液pH值对涂层显微结构的影响。结果表明：当前驱液的pH值为1．5～3．0及水热温度为150℃时，即可制备出硅酸钇涂层。随前驱液pH值增加，涂层开裂趋势减弱，结晶趋势增强，致密度有所提高。

硅酸钇材料的研究进展

文摘针对硅酸钇材料结构特点和物理化学特性,综述了该材料目前在高温抗氧化涂层、光学以及微电子器件等领域的应用现状,并介绍了近年来国内外相关制备技术的发展情况,对硅酸钇材料今后的研究趋势和发展方向进行了展望。

掺镱硅酸钇晶体的激光热效应研究

基于LD端面泵浦掺镱硅酸钇(Yb^(3+):Y_2SiO_5)晶体的激光特性,考虑晶体侧面的热对流,通过有限差分法求解各向异性介质热传导方程,得到了该晶体的温度场分布、端面热形变分布,计算了在不同泵浦功率下的热焦距。同时比较了考虑晶体侧面热对流系数前后的热焦距,并进行了实验测量,结果表明热焦距随泵浦功率的变化趋势同理论结果相符。

晶相组成对硅酸钇涂层显微结构及性能的影响

采用水热电泳沉积法在C/C-SiC复合材料表面制备了不同相组成的硅酸钇复合抗氧化外涂层。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层的相组成和显微结构进行了表征。研究了不同相组成对硅酸钇涂层的显微结构和抗氧化性能的影响。结果表明,Y2SiO5和Y2Si2O7两相配比对涂层的显微结构和抗氧化性能有较大的影响。随着复合涂层中Y2Si2O7含量的增加,复合硅酸钇外涂层的热膨胀系数逐渐接近于SiC内涂层的热膨胀系数。当组成达到m(Y2SiO5)/m(Y2Si2O7)=3∶7时,内外涂层的热膨胀系数最为接近,从而得到均匀、致密、无显微裂纹、抗氧化性能优异的复合硅酸钇涂层。该涂层在1773K静态空气中,经过氧化100h后,失重仅为1.2%;继续增加Y2Si2O7含量,内外涂层的热膨胀系数差异逐渐增大,涂层再次出现裂纹,抗氧化性能随之下降。

硅酸钇高温抗氧化涂层的研究进展

针对硅酸钇的结构特点和物理化学特性,阐述了硅酸钇材料在高温抗氧化涂层领域的应用现状,总结了近年来国内外硅酸钇涂层制备技术的最新研究进展,展望了硅酸钇高温抗氧化涂层下一步研究重点和发展趋势。指出:硅酸钇涂层在高于1700℃下的抗氧化和失效机理和致密硅酸钇涂层的低温制备工艺的进一步开发和完善是下一步的研究重点。

项链状硅酸钇的合成

以活性炭粉、高纯度纳米氧化钇粉和硅粉为原料,采用高温合成法制备出了一种结构新奇的硅酸钇,其形状酷似珍珠项链,由一根纳米线把一定数量的小珠子串在一起。纳米线的直径为150 nm左右,长度为几十微米到几百微米,甚至到几毫米,小珠子的直径为3μm左右。XRD分析结果表明该结构的硅酸钇为X1型。所有项链的形貌和结构非常相似,但是项链中珠子的形状、大小、以及珠子与珠子之间的距离各有差异,并对其形成过程及机理进行了初步探讨。

沉积电压对水热电泳沉积硅酸钇涂层显微结构的影响

采用水热电泳沉积法在SiC-C/C复合材料SiC内涂层表面制备了硅酸钇抗氧化外涂层,并借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对涂层的相组成及显微结构进行了表征。讨论了沉积电压对硅酸钇涂层沉积量及显微结构的影响,并研究了不同沉积电压下涂层沉积量与时间的关系,同时测试了涂层试样的抗氧化性能。研究结果表明,随着沉积电压的升高,涂层的沉积量有所增加,涂层的致密性和均匀性也逐渐得到改善。当电压为210V时达到最佳,继续升高沉积电压,涂层的均匀性变差,当沉积电压为240V时,涂层出现明显开裂;不同沉积电压下涂层沉积量随时间呈抛物线变化;涂层在1500℃静态空气中经过10h氧化后,失重仍然小于2%。

工艺因素对水热电泳沉积硅酸钇涂层显微结构的影响

采用水热电泳沉积法在C/C-SiC复合材料表面制备了硅酸钇抗氧化外涂层。研究了沉积电流密度和低温热处理对硅酸钇涂层的影响。采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层的相组成和显微结构进行了表征。结果表明:采用声化学法制备的硅酸钇微晶颗粒尺寸为25～40nm。随着沉积电流密度增加,硅酸钇涂层均匀性、致密性先逐渐增加后降低。当电流密度超过0.04A/cm2时会导致涂层表面开裂。进行低温热处理,涂层表面硅酸钇纳米晶出现熔融现象;随热处理温度增加,涂层表面呈现玻璃化趋势。当热处理温度达1200℃时,表面完全熔融,形成致密的硅酸钇玻璃层。涂层在1500℃静态空气中,经过氧化10h后,失重仍然小于2%。

Eu^(3+)和Tb^(3+)掺杂硅酸钇纳米粉体的合成与表征

采用溶胶-凝胶法合成了Y2SiO5∶Eu和Y2SiO5∶Tb纳米粉体,使用X射线衍射仪、扫描电镜等对粉体的结构、形貌和发光性能进行了分析,研究了Eu3+和Tb3+不同浓度掺杂硅酸钇纳米粉体的发光性能。在紫外光激发下,所获得的Y2SiO5∶Eu纳米粉体的主发射峰均位于612 nm,对应于Eu3+的5D0→7F2跃迁;Y2SiO5∶Tb纳米粉体的主发射峰均位于540 nm,对应于Tb3+的5D4→7F5跃迁。

热处理温度对硅酸钇纳米晶相组成及显微结构的影响

以硝酸钇、硅酸钠和氢氧化钠为起始原料,采用微波水热法制备了硅酸钇纳米晶。研究了后期热处理温度对硅酸钇纳米晶的相组成和显微结构的影响。利用X-射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对粉体进行了表征。结果表明:经微波水热可直接合成硅酸钇粉体,但其结晶性能较差,后期热处理有助于提高其结晶性能。随着热处理温度的升高,粉体中Y2SiO5相的含量增加,微晶的微观结构从棉絮状结构逐渐向柱状结构转变,Y2SiO5纳米晶沿[378]取向生长。

水热电泳沉积法制备硅酸钇涂层(英文)

以声化学法合成的纳米硅酸钇粉体为原料,异丙醇为溶剂,碘为荷电介质,采用水热电泳沉积方法在SiC-C/C复合材料表面制备出硅酸钇涂层,借助XRD和SEM对涂层的晶相组成、表面和断面的微结构形貌进行了表征,重点研究了水热电泳沉积温度对涂层结构及抗氧化性能的影响.结果表明,涂层中以Y2Si2O7为主晶相,涂层的厚度和致密性随着水热温度的增加而提高;与包埋法制备的SiC涂层相比,水热电泳沉积制备的硅酸钇复相涂层具有更好的抗氧化性能,涂层试样在1 500 ℃的空气气氛下氧化35 h后失重为0 .32×10-3g/cm3.

液体阴极辉光放电原子发射光谱法分析硅酸钇镥中痕量杂质元素

采用液体阴极辉光放电原子发射光谱(Solution-cathode glow discharge-atomic emission spectrometry,SCGD-AES)法测定了硅酸钇镥(Lutetium-Yttrium Orthosilicate,LYSO)闪烁晶体材料中痕量元素Ca,Fe,K,Li,Mg和Na。最佳实验条件是溶液pH为1的HNO3,直流电压为1080 V,溶液流速为2.0 mL/min。本方法对LYSO基体的耐盐量为10 g/L。硅酸钇镥晶体使用HNO3,HF,HClO4溶解后经SCGD-AES分析测定,结果同电感耦合等离子体发射光谱(Inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy,ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱(Inductively coupled plasma-mass spectroscopy,ICP-MS)分析结果比对,具有较好的一致性。在运用SCGD-AES对LYSO的测定中,未观察到Lu、Y元素的激发谱线,因此测定LYSO中痕量元素时测定的光谱干扰少,Ca,Fe,K,Li,Mg和Na的检出限分别为:1.0,3.0,0.02,0.01,0.02和1.0 mg/kg。

微波水热法合成硅酸钇纳米晶

以硝酸钇、硅酸钠和氢氧化钠为主要原料,采用一种新方法-微波水热法可控合成了硅酸钇纳米晶。研究了起始溶液配比,合成温度及退火温度对硅酸钇的影响。采用X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对粉体进行了表征。结果表明：随着合成温度的升高,Y2SiO5的含量增加。低温退火处理有助于提高硅酸钇微晶的结晶程度。选不同配比的溶液体系,经微波水热150℃作用10 min后,得到的前驱体于900℃下保温2 h,最终可获颗粒尺寸分别为400-600 nm、200-400 nm和400-600 nm的Y2SiO5、Y4.67（SiO4）3O和Y2Si2O7三种晶型的纳米晶,且其晶型最佳。

面向高温抗氧化的硅酸钇涂层研究进展

硅酸钇具有高熔点、低热膨胀系数、低氧气渗透率、低模量、低热导率、化学和热稳定性好等特性,是C/C和C/SiC复合材料抗氧化涂层的最佳候选材料之一。综述了硅酸钇涂层的结构形式和抗氧化效果,介绍了常见的制备方法,并分析指出了今后发展需要关注的问题。

第一性原理研究硅酸钇晶体的电子结构和物理性质

基于第一性原理利用CASTEP软件系统地模拟计算了理想的单斜硅酸钇晶体的电子结构、光学、力学和热力学等物理性质。光学性质的计算结果表现出了与硅酸钇结构一致的各向异性,比较得到的力学性质与实验结果基本吻合,表明硅酸钇是一种良好的韧性与耐磨性材料。运用线性响应的方法确定了声子态密度,得出其热力学性质,如等容比热、熵和德拜温度,得到的热容值与实验值符合较好。

EDTA-柠檬酸络合法制备葡萄状硅酸钇纳米晶

分别以硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O)和正硅酸乙酯(TEOS)为起始原料,首次尝试采用乙二胺四乙酸(EDTA)-柠檬酸(CA)络合法制备合成硅酸钇(Y2Si2O7)纳米晶陶瓷粉体,研究并讨论了样品前驱体p H值和烧结温度等工艺参数对硅酸钇粉体微观形貌及其合成机理的影响。利用XRD、FE-SEM、FT-IR和TGA-DTA等分析方法对制备的样品进行了表征。结果表明,在前驱体溶胶p H值为9.38、煅烧温度为1050℃时的工艺条件下,可以得到晶粒尺寸为50 nm左右、主要组成为α-Y2Si2O7相硅酸钇粉体;粉体晶粒尺寸随烧结温度升高而增大,且粉体晶粒形貌为葡萄状的组织结构;而在前驱体溶胶p H值为4.00时,采用该方法合成的产物则是物相组成为单硅酸钇(Y2Si O5)陶瓷粉体。

新型硅酸钇镥晶体在重庆诞生,促进肿瘤诊断的医疗设备国产化

近日，从重庆市科委获悉，由中国电子科技集团公司第26所承担的重大科技攻关项目“高品质硅酸钇镥晶体的研发及产业化”日前正式通过验收。这种新型晶体的研制成功，将推动准确诊断肿瘤的关键核医学设备医用PET卡几（正电子发射计算机断层扫描设备）实现国产化。据了解，医用PET机能够尽早地发现癌症肿瘤细胞，增加患者早期治疗的几率，硅酸钇镥晶体则是医用PET机的核心器件。通过两年的开发研究，目前中国电子科技集团公司第26所已成为了国内唯一具有硅酸钇镥晶体产业化生产能力的单位。