具有纳米笼腔结构的新型氧化物闪烁体的设计、制备及其X射线成像研究

Digital Radiography (DR) is widely used in medical diagnosis, industrial detection，security check, etc. The imaging quality of DR and dynamic DR depends largely on the detector properties. Currently, as the most important component of commercial CCD detectors, the scintillation screen is mostly based on CsI (Tl) crystal, which is easy deliquescent and has low thermal stability, low spatial resolution, high cost for large crystals. Therefore, scintillator with high thermal stability, low cost，high performance is urgently demanded. . Based on the unique nanocaged structure of 12CaO•7Al2O3 (C12A7) in which the anion groups could be modified, this project would focus on achieving rare earth ions doped C12A7 DR scintillation ceramics prepared by various synthesis methods. The optimized synthesis methods and compositions of DR scintillation ceramics with high spatial resolution would be achieved by studying microstructures and optical properties. The luminescence mechanism and X-ray imaging mechanism would be studied based on the dependence of the luminescence intensity, decay time and afterglow intensity on doping concentrations, types and preparing methods. The aim of this project is to improve the revolution of DR under low X-ray irradiation dose and get proprietary intellectual property rights.

数字化X射线摄影系统(DR）广泛应用于医学诊断、工业检测、安检等方面。DR和动态DR的成像质量主要取决于探测器，目前商用CCD型探测器中关键的元件闪烁屏大多使用CsI(Tl)晶体，其缺点是：易潮解、热稳定性差、分辨率较低、制备大面积的晶体成本高，所以，寻找热稳定性好、制作成本低的高性能闪烁体成为目前需要解决的重要热点问题之一。.本项目基于12CaO∙7Al2O3（C12A7）具有的特殊笼腔结构可调控笼中阴离子基团的性质，拟利用多种不同的方法制备稀土离子掺杂C12A7基面向DR系统应用的闪烁陶瓷。通过对其微结构的表征和光学性质研究，优化制备条件，得到适合高分辨率DR系统的闪烁陶瓷的配方和制备条件；研究其发光强度、衰减时间及余辉强度与样品的掺杂种类、浓度及制备条件的关系，讨论发光机制，探讨X射线成像机理；研究减小X射线辐照剂量、提高影像分辨率的方法和途径，获得具有自主知识产权的新型氧化物闪烁体材料。

数字化X射线摄影系统(DR）广泛应用于医学诊断、工业检测、安检等方面。DR的成像质量主要取决于闪烁屏，目前商用的闪烁屏大多数都使用CsI(Tl)晶体，其缺点是：易潮解、热稳定性差、空间分辨率低，所以，寻找热稳定性好、制作成本低的高性能闪烁体材料成为目前需要解决的重要问题之一。. 本项目利用燃烧法、固态烧结等方法，结合不同的还原气氛和热处理条件制备了纯相的稀土离子（结合金属离子）掺杂12CaO·7Al2O3（C12A7）、Lu2O3、CaGdAlO４、LaAlO3、GdAlO3等基质材料的X射线荧光粉，对制备的材料微结构进行了表征，研究了其光学性质及X射线闪烁性能与掺杂浓度、离子种类、制备方法及C12A7笼中阴离子集团的关系，进行了X射线成像实验研究，有效地减小了X射线辐照剂量，提高了X射线影像空间分辨率，探讨了该类材料的X射线激发机理。 . 本项目的创新性成果主要有：一是通过对Eu3+、 Tb3+、 Dy3+、Ce3+等稀土离子及Mn2+、Cr3+等金属离子单掺杂或共掺杂C12A7X射线荧光粉的光学特性和X射线闪烁特性的研究，获得了调控该类材料笼中阴离子集团、进而提高发光效率的还原方法和热处理条件，对X射线激发机理有了一个更清楚的认识，得到了发光效率高、热稳定性好的X射线荧光粉，对该类材料的进一步研究和应用具有重要的意义。二是我们采用 Li+离子掺杂的策略进一步降低了Lu2O3:Eu3+样品的合成温度，样品的X射线辐射发光性能比未掺杂Li+离子的样品提高了2.2倍。Lu2O3:Eu3+, Li+ 掺杂PMMA制备的复合薄膜在低X射线辐射剂量下 (1.1μGyair)，实现了分辨率为8lp/mm 的高质量X射线成像，优于商用X射线荧光粉，表明该荧光粉材料在DR领域具有潜在的应用前景。. 通过本项目研究，得到适合DR技术的稀土离子掺杂C12A7、Lu2O3、LaAlO3等基质的高质量的X射线荧光粉，掌握了影响材料发光性能的各种因素，对新材料的发光机制、影响X射线影像质量的因素有了一个更清楚的认识，有效地减小了X射线辐照剂量、提高了X射线影像分辨率，对于X射线荧光粉的理论研究和开发与应用具有重要的意义。