稀土离子掺杂镥铝石榴石的荧光粉及性能研究(5)
图 1.3 应用扇形束Ｘ-射线穿过人体并入射到一固体探测器上的旋转式ＣＴ扫描仪示意图，电信
号被送入数据采集系统（DAS）进行数据处理并重建图像
X-CT对闪烁材料的要求（按重要性递减顺序） ： （1）低余辉， （2）高稳定性（化学、
温度、辐射损伤） ， （3）高密度（>6g/cm3
） ， (4)发射波长与光二极管读出匹配良好， （5）
高发光效率（>15,000ph/Mev）.
1.3.2 PET 及其适用的无机闪烁体
20 世纪 80 年代，继 X-CT 之后诞生了正电子发射断层扫描（Positron Emitting
Tomography, 简称 PET） ，这种先进的核医疗诊断技术能够检测脏器功能的变化，实时观
察器官的生长过程及人体新陈代谢的轨迹，因此在临床诊断方面得到了广泛的应用。PET
系统中需要病人服用一种发射正电子的放射性同位素药物作为示踪， 发射的正电子在病人
的身体内迅速热化，吸收一个电子，然后湮灭形成运动方向相反的511kev的光子。
PET 要求闪烁材料具有高密度（>7g/cm3
） ，短衰减时间（<100ns） ，光输出高于 BGO
（>8500光子/Mev） ，这些性能要求基体和激活剂性能的精确匹配，因为对γ-射线的阻止
本领取决于闪烁体的有效原子序数，空间分辨率限制了探测元件的尺寸，因此新闪烁体必
须包含一定比例的重元素， 新一代 PET 和γ相机要求闪烁体具有高的有效原子序数以及比
BGO 更高的光输出和更快的衰减，掺 Ce3+
的镥基化合物看来是适用于新一代 PET 的最有
前途的闪烁体。1.4 Lu2O3和 Lu3Al5O12的基本性质及其研究现状
Lu2O3和 Y2O3同为立方铁锰矿结构，立方晶相，属于 Ia3空间群，密度 9.42 g/cm3
，
物理化学性质稳定。Lu2O3中 Lu 原子格位存在两种不同的对称性，一种是高对称性的
C3i(S6)，另一种则是低对称性的 C2格位，如图 1.4 所示，C2和 S6格位上的原子比为 3:1。
价带和导带间能带间隙很宽（6.5ev） ，可容纳许多稀土激活剂离子的发射能级。表 1-1列
出了立方相Lu2O3的基本物理化学性质。
(a) (b)
图1.4（a）立方Lu2O3的晶体结构示意图和（b）Lu2O3晶格中C2和S6两种格位
表1-1 立方相Lu2O3和Lu3Al5O12的物理化学性质
物理化学性质 Lu2O3 Lu3Al5O12
熔点(
o
C) 2450 2010
晶体结构 立方晶系，空间群 Th7
（Ia3）
立方晶系，空间群 Oh10（Ia3d）
密度(g/cm3) 9.42 6.72
晶格常数(Å) 10.39 11.9164
格位对称性 C2，S6
热导率(W/mK) 12.5 9.6
能带间隙(eV) 6.5 －
有效声子能量(cm-1) <430 －
热膨胀系数(×10-6K-1) 0.4
Lu2O3:Eu,Tb陶瓷闪烁体与目前最经典的一种陶瓷闪烁体(Y,Gd)2O3:Eu,Pr 性能比较，它
的优势在于极高的密度以及由此带来的对于高能射线异乎寻常的高吸收阻止本领，如表
1-1 所示。高密度的另外一个优势在于可以将闪烁体阵列做得相对紧凑，提高成像的分辨
率。国际上已有几家开始 Lu2O3基透明陶瓷的研究。例如，A. Lempicki 等人用草酸盐沉淀
法合成Eu3+
掺杂的 Lu2O3陶瓷闪烁体，但是由于稀土离子和草酸沉淀反应平衡常数较大，
采用草酸盐沉淀法获得粉体颗粒尺寸较大，而且极易团聚。E. Zych 等利用尿素作燃料用
溶液燃烧法合成RE3+
掺杂的 Lu2O3发光粉体， 然后真空烧结， 仅能获得半透明的陶瓷样品，
这是因为燃烧合成粉体团聚严重，烧结活性低。J. Lu 采用尿素均相沉淀制备粉体，然后真
空烧结制备Lu2O3:Nd3+
陶瓷激光材料，然而尿素水解速率较慢，产率较低，而且颗粒相对