專利名稱：鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光薄膜及其制備方法，具體說是涉及一種K+或Zn2+離子摻雜的透明鉭酸釓高亮度透明發(fā)光薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光薄膜是一種重要的功能材料，與傳統(tǒng)熒光粉制成的顯示屏相比，發(fā)光薄膜在對比度、熱傳導(dǎo)、均勻性、與基底的附著性等方面都顯示出其優(yōu)越性。近年來隨著X射線顯微成像技術(shù)的發(fā)展，采用傳統(tǒng)熒光粉制備的X射線發(fā)光涂層，由于受到熒光粉顆粒散射的影響，X射線CCD的空間分辨率一般只能達(dá)到幾十微米的量級，制約了X射線CCD空間分辨率的進一步提高。改用透明無機薄膜閃爍材料作為X射線-可見光轉(zhuǎn)換介質(zhì)，并配于CCD組成數(shù)字成像系統(tǒng)，其空間分辨率可以提高到幾個微米，熱傳導(dǎo)、均勻性等方面的性能也可以得到明顯改善。因此在可見光CCD日臻完善的前提下，制備出性能良好的輻射發(fā)光薄膜是決定X射線CCD性能指標(biāo)的關(guān)鍵。例如，A.Koch等人在Proc.Inter.Conf.Inorg.Scint.TheirAppl.，Sept.22-25，Shanghai，China，1997，P28上發(fā)表的文章中，提出用透明無機薄膜閃爍材料作為X射線-可見光轉(zhuǎn)換介質(zhì)，并采用液相外延生長出YAG:Ce薄膜閃爍晶體，成功獲得了蜘蛛牙齒的CT圖象，空間分辨率達(dá)到1.59μm，但薄膜閃爍晶體不僅生長成本高，在制備技術(shù)上也存在諸多困難。GdTaO4(鉭酸釓)因具有密度高、對X射線吸收強、化學(xué)穩(wěn)定性好和抗輻照損傷本領(lǐng)強等特點，將它作為X射線發(fā)光薄膜的基質(zhì)，適當(dāng)摻入稀土離子作為發(fā)光中心，可以制備新型高分辨率X射線成像屏。例如，顧牡等人在專利申請?zhí)枮?00410066543.X中采用溶膠-凝膠技術(shù)制備出稀土激活GdTaO4透明發(fā)光薄膜。當(dāng)然從薄膜閃爍材料的實用角度考慮，進一步提高薄膜的X射線發(fā)光強度是一個急待解決的關(guān)鍵技術(shù)，這通?？蓮膬蓚€方面考慮增加薄膜的厚度來提高對X射線的吸收，但可能導(dǎo)致器件的空間分辨率降低；在薄膜中摻雜微量的K+、Zn2+或其它金屬離子，可以在不降低其空間分辨率和不明顯影響基質(zhì)材料密度的前提下提高薄膜的發(fā)光效率。例如J.S.Lewis等人在J.Appl.Phys.2002，Vol.92，No.11，P6646上發(fā)表的文章中采用濺射法制備出KCl摻雜ZnS:Mn發(fā)光薄膜，并研究了薄膜的發(fā)光增強特性。X.D.Sun等人在Appl.Phys.Lett.，1998，Vol.72，No.5，P525上發(fā)表的文章中采用固相反應(yīng)法制備出Zn2+摻雜Gd2O3:Eu3+熒光粉，研究表明Zn2+的主要作用表現(xiàn)在改變熒光粉的發(fā)光峰位，使Eu3+的611nm發(fā)光峰移到了621nm，但未觀察到發(fā)光增強效應(yīng)。S.T.Tokunaga等人在Applied Surface Science，2005，Vol.244，P533上發(fā)表的文章中采用磁控濺射法制備了Zn摻雜的(Mg，Ca)S薄膜，并觀察到發(fā)光增強效應(yīng)。盡管鉭酸鹽發(fā)光薄膜的研究已有報道，但未涉及到利用微量金屬離子摻雜的方式來有效地提高鉭酸鹽薄膜的發(fā)光強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種摻雜微量金屬離子的高亮度鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜；本發(fā)明的另一個目的在于提供這種高亮度透明發(fā)光薄膜的制備方法。
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所制備的高亮度鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜的化學(xué)表達(dá)式為(Gd1-xMx)TaO4:Eu0.1其中0＜x＜0.15；M＝K、Zn。
本發(fā)明所用原料Gd2O3、Eu2O3、TaCl5、KCl、Zn(NO3)2·6H2O的純度在99.5％以上，溶劑為無水乙醇，HNO3用于溶解氧化物原料。
將Gd2O3、Eu2O3兩種氧化物原料用硝酸的乙醇溶液加熱溶解，TaCl5、KCl、Zn(NO3)2·6H2O用乙醇溶解，按化學(xué)計量進行混合，混合液攪拌3～4小時后在室溫中靜置，溶液經(jīng)24～36小時陳化后就得到鍍膜所需的溶膠。選擇清潔的石英或光學(xué)玻璃為基底，采用旋涂的方法鍍膜，將旋涂好的濕凝膠膜迅速置于紅外烘箱中進行熱分解預(yù)處理，再用紫外燈對干凝膠薄膜進行紫外光強化處理，把經(jīng)過3～5次上述處理的薄膜送入程序溫控爐中，以3.5℃/min的速率升溫至100℃，接著以2℃/min的速率繼續(xù)升溫到1200℃，并在該溫度下保溫2小時，最終自然冷卻至室溫后即獲得發(fā)光薄膜。
所選擇的發(fā)光薄膜基質(zhì)材料GdTaO4具有密度高(8.84g/cm3)、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗輻照損傷本領(lǐng)強，這有利于薄膜在X射線、陰極射線、高能粒子等激發(fā)下發(fā)光。
本發(fā)明選用無機鹽為原料，所采用的無機鹽比有機醇鹽更容易獲得、更便宜且無毒，另外本發(fā)明所采用的溶膠-凝膠技術(shù)具有合成溫度低、摻雜均勻、結(jié)構(gòu)可控、設(shè)備便宜等優(yōu)點，因此薄膜制備所需的成本低，工藝簡單、方便，所制備的薄膜發(fā)光強度高、均勻透明、致密無開裂、與基底的附著性好，且可為摻雜發(fā)光離子或基團提供豐富、多樣的配位環(huán)境，便于調(diào)制薄膜的性能。薄膜制備中通過對濕凝膠薄膜的熱分解預(yù)處理，以及干凝膠薄膜的紫外光強化處理，避免薄膜制備過程中所需的保護氣氛，從而簡化了實驗條件，加快厚膜的制備周期。作為新一代發(fā)光薄膜，K+或Zn2+離子摻雜高亮度鉭酸釓?fù)该鞅∧ぴ诟呖臻g分辨率X射線顯微成像屏上有著十分重要的應(yīng)用，同時也可以應(yīng)用于高分辨率陰極射線、場致發(fā)射和等離子體顯示的顯示屏上。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例進一步說明本發(fā)明是如何實現(xiàn)的實施例1
(Gd0.952K0.048)TaO4:Eu0.1的制備室溫下，將2ml的濃HNO3加入30ml的無水乙醇，再把0.952mmol的Gd2O3和0.1mmol的Eu2O3加入乙醇溶液中，在79℃溫度下加熱攪拌，使氧化物溶解。用20ml乙醇溶解2mmol的TaCl5和0.096mmol的KCl，并加入到上述澄清溶液中，混合液攪拌3小時后在室溫中靜置，溶液經(jīng)24陳化后就得到鍍膜所需的溶膠。選擇清潔的石英或光學(xué)玻璃為基底，采用旋涂的方法鍍膜，薄膜厚度可通過改變旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)。將旋涂好的濕凝膠膜迅速置于紅外烘箱中進行熱分解預(yù)處理2～5分鐘，再用紫外燈對干凝膠薄膜進行紫外光強化處理約30分鐘。把經(jīng)過3～5次處理的薄膜送入程序溫控爐中，以3.5℃/min的速率升溫至100℃，接著以2℃/min的速率繼續(xù)升溫到1200℃，并在該溫度下保溫2小時，自然冷卻至室溫后即獲得發(fā)光薄膜。薄膜表面均勻、致密無開裂、與基底的附著性好，在紫外光或X射線照射下，(Gd0.952K0.048)TaO4:Eu0.1透明薄膜611nm紅光發(fā)射峰的強度是相同條件下制備的GdTaO4:Eu0.1透明薄膜的2.7倍。
實施例2(Gd0.885Zn0.115)TaO4:Eu0.1的制備室溫下，將2ml的濃HNO3加入30ml的無水乙醇，再把0.885mmol的Gd2O3和0.1mmol的Eu2O3加入乙醇溶液中，在79℃溫度下加熱攪拌，使氧化物溶解。用20ml乙醇溶解2mmol的TaCl5和0.230mmol的Zn(NO3)2·6H2O，并加入到上述澄清溶液中，混合液攪拌3小時后在室溫中靜置，溶液經(jīng)24陳化后就得到鍍膜所需的溶膠。鍍膜過程同實施例1。薄膜表面均勻、致密無開裂、與基底的附著性好。在紫外光或X射線照射下，(Gd0.885Zn0.115)TaO4:Eu0.1透明薄膜611nm紅光發(fā)射峰的強度是相同條件下制備的GdTaO4:Eu0.1透明薄膜的3.2倍。
權(quán)利要求
1.一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜，其化學(xué)表達(dá)式為(Gd1-xMx)TaO4:Eu0.1其中0＜x＜0.15；M為K或Zn中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜，其制備方法如下A、將Gd2O3、Eu2O3兩種氧化物原料用硝酸的乙醇溶液加熱溶解，TaCl5、KCl、Zn(NO3)2·6H2O用乙醇溶解，按化學(xué)計量進行混合，混合液攪拌3～4小時后在室溫中靜置，溶液經(jīng)24～36小時陳化后就得到鍍膜所需的溶膠；B、選擇清潔的石英或光學(xué)玻璃為基底，用A步驟所得的溶膠采用旋涂法進行鍍膜，將旋涂好的濕凝膠膜分別進行熱分解預(yù)處理和紫外光強化處理，然后進行熱處理即制得本發(fā)明鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于所述A步驟中原料Gd2O3、Eu2O3、TaCl5、KCl、Zn(NO3)2·6H2O的純度在99.5％以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于所述B步驟中的薄膜厚度通過改變旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于將旋涂好的濕凝膠膜分別進行熱分解預(yù)處理和紫外光強化處理，處理3～5次。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于所述B步驟中膜的熱處理是在程序溫控爐中進行，以3.5℃/min的速率升溫至100℃，接著以2℃/min的速率繼續(xù)升溫到1200℃，并在該溫度下保溫2小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于進行熱分解預(yù)處理的時間為2～5分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于對干凝膠薄膜進行紫外光強化處理的時間為30～45分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高亮度鉭酸釓?fù)该靼l(fā)光薄膜及其制備方法，這種發(fā)光薄膜的化學(xué)表達(dá)式為(Gd
文檔編號C09K11/77GK1752177SQ200510030098
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者顧牡, 劉小林, 徐昕, 肖莉紅 申請人:同濟大學(xué)