本申請涉及一種摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體在濕度測量中的應(yīng)用，屬于晶體材料。

背景技術(shù)：

1、基于可以將x射線、伽馬射線等高能射線轉(zhuǎn)化為紫外線或可見光的特點(diǎn)，閃爍材料在醫(yī)療診斷，工業(yè)檢查，核物理、科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

2、濕度的檢測在各種應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用，從工業(yè)自動化到智能家居，從醫(yī)療保健到環(huán)境監(jiān)測，其中濕度傳感器有著廣泛的應(yīng)用，盡管現(xiàn)有的濕度傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但仍然存在精度和準(zhǔn)確性方面的挑戰(zhàn)，濕度傳感器的測量結(jié)果可能受到周圍環(huán)境條件的影響，如化學(xué)物質(zhì)、電磁干擾或機(jī)械振動等，特別是在極端條件下(如高溫、低溫或高環(huán)境)以及長期使用中，傳感器可能會出現(xiàn)漂移或性能下降，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

3、因此，還亟需開發(fā)一種不受環(huán)境因素影響可應(yīng)用在極端條件的性能穩(wěn)定的濕度檢測材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的濕度傳感器測量結(jié)果容易受環(huán)境影響、傳感器結(jié)構(gòu)構(gòu)造和電路設(shè)計(jì)影響而導(dǎo)致誤差的問題，本申請?zhí)峁┝艘环N新的濕度測量材料和方案，將摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體應(yīng)用在濕度測量中，通過堿金屬原子na替換aggas2陽離子，有效增大化合物帶隙值，并通過摻雜稀土離子調(diào)節(jié)其輻射發(fā)光性能，采用高溫固相法制備了摻雜不同濃度稀土元素的nagas2晶體，并對其x射線輻射發(fā)光進(jìn)行了表征，在研究過程中發(fā)現(xiàn)nagas2相較于其他mgas2(m＝li、k、rb)體系化合物具有可以從大氣中自發(fā)吸收水分子進(jìn)入結(jié)構(gòu)中的特性，基于這種特性對于其輻射發(fā)光程度的調(diào)節(jié)作用，將其應(yīng)用于濕度檢測領(lǐng)域。

2、本申請采用如下技術(shù)方案：

3、根據(jù)本申請的一方面，提供了一種摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體在濕度測量中的應(yīng)用，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體的化學(xué)式為：

4、na1-xgas2：xeu；

5、其中，x為1％～9％。

6、可選地，所述濕度測量的過程包括：

7、將摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體在80～100℃加熱60～180min，得到初始狀態(tài)晶體；

8、然后將初始狀態(tài)晶體置于待檢測濕度的環(huán)境中保持300～600s，得到待測狀態(tài)晶體后，對其進(jìn)行x射線激發(fā)光譜檢測，與數(shù)據(jù)庫比對獲取濕度數(shù)值。

9、本申請中，摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體在暴露于大氣中后，吸水后會迅速發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，而且重要的是，這種轉(zhuǎn)變是可以逆轉(zhuǎn)的。

10、可選地，所述數(shù)據(jù)庫為初始狀態(tài)晶體在不同濕度環(huán)境中保持不同時(shí)間后在不同溫度下的x射線激發(fā)光譜數(shù)據(jù)集合。

11、本申請旨在基于所制備的摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體具有可以自發(fā)的從空氣中吸收水分子進(jìn)入結(jié)構(gòu)層間并可以導(dǎo)致材料的發(fā)光猝滅的特性，將其應(yīng)用在濕度檢測領(lǐng)域，本申請中對數(shù)據(jù)庫的大小和測試條件不做嚴(yán)格限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需求利用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建立，檢測結(jié)果與數(shù)據(jù)庫的比對方式可以是查表方式或通過擬合模型得到，擬合模型可以利用現(xiàn)有技術(shù)的算法基于上述數(shù)據(jù)庫進(jìn)行模型訓(xùn)練得到。

12、可選地，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體x射線響應(yīng)為bgo材料x射線響應(yīng)的2～3倍。

13、可選地，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體光產(chǎn)額大于等于8000ph/mev。

14、可選地，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體與zns：ag材料的閃爍敏感性比大于等于3。

15、可選地，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體的制備方法，包括如下步驟：

16、s1、將含有na2s、ga2s3和eus的原料與i2，在非活性氣氛中，研磨混合均勻得到混合物；

17、s2、將混合物置于真空密閉容器中在溫度梯度區(qū)內(nèi)進(jìn)行加熱恒溫，晶體生長后降溫，得到所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體；

18、所述溫度梯度區(qū)包括連通的高溫區(qū)和低溫區(qū)；

19、所述混合物位于高溫區(qū)；

20、所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體位于低溫區(qū)。

21、可選地，步驟s1中，所述原料中na2s、ga2s3和eus按所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體的化學(xué)式組成及化學(xué)計(jì)量比稱??；

22、i2的用量為原料重量的0.1～1wt％。

23、可選地，真空密閉容器的真空度為1×10-41×10-6托。

24、可選地，研磨時(shí)間為5～30min。

25、可選地，步驟s2中，加熱恒溫的條件包括：

26、所述高溫區(qū)的預(yù)設(shè)溫度為1000～1100℃；

27、低溫區(qū)的預(yù)設(shè)溫度為750～850℃；

28、所述高溫區(qū)和低溫區(qū)獨(dú)立地恒溫90～120h；

29、可選地，所述加熱恒溫的條件還包括：以3～5℃/h的加熱速率對高溫區(qū)和低溫區(qū)進(jìn)行加熱。

30、可選地，所述加熱恒溫的條件還包括：對高溫區(qū)和低溫區(qū)進(jìn)行加熱時(shí)，在300℃、500℃和700℃分別獨(dú)立地保溫180～300min。

31、本申請能產(chǎn)生的有益效果包括：

32、本申請?zhí)岢鲆环N新型摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體在濕度測量中的應(yīng)用，通過高溫固相法生長，其中堿金屬的引入增大了化合物的帶隙并且增加了化合物的原子序數(shù)，能夠很好地吸收x射線，該系列晶體可以表現(xiàn)出高于bgo的光產(chǎn)額，在x射線輻射方面的性能為bgo材料響應(yīng)的2到3倍，利用晶體展現(xiàn)出獨(dú)特的可以自發(fā)的從空氣中吸收水分子進(jìn)入結(jié)構(gòu)層間的能力，通過結(jié)合水的對材料的發(fā)光猝滅作用，使其可以應(yīng)用于濕度的精準(zhǔn)測量領(lǐng)域，充分發(fā)揮材料的閃爍性能。

技術(shù)特征：

1.一種摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體在濕度測量中的應(yīng)用，其特征在于，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體的化學(xué)式為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述濕度測量的過程包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述數(shù)據(jù)庫為初始狀態(tài)晶體在不同濕度環(huán)境中保持不同時(shí)間后在不同溫度下的x射線激發(fā)光譜數(shù)據(jù)集合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體x射線響應(yīng)為bgo材料x射線響應(yīng)的2～3倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體光產(chǎn)額大于等于8000ph/mev。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體的制備方法包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟s1中，所述原料中na2s、ga2s3和eus按所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體的化學(xué)式組成及化學(xué)計(jì)量比稱??；

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟s2中，加熱恒溫的條件包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟s2中，所述加熱恒溫的條件還包括：以3～5℃/h的加熱速率對高溫區(qū)和低溫區(qū)進(jìn)行加熱。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，步驟s2中，所述加熱恒溫的條件還包括：對高溫區(qū)和低溫區(qū)進(jìn)行加熱時(shí)，在300℃、500℃和700℃分別獨(dú)立地保溫180～300min。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體及其在濕度測量中的應(yīng)用，屬于晶體材料技術(shù)領(lǐng)域。所述摻雜稀土元素的鎵基硫族化合物閃爍晶體的化學(xué)式為：Na<subgt;1?x</subgt;GaS<subgt;2</subgt;：xEu，其中，x為1％～9％。該晶體能夠很好地吸收X射線，該系列晶體表現(xiàn)出高于BGO的光產(chǎn)額，在X射線輻射方面的性能為BGO材料響應(yīng)的2到3倍，總體的優(yōu)異性能在X射線檢測中顯示出重要的應(yīng)用價(jià)值，并且該晶體展現(xiàn)出獨(dú)特的可以自發(fā)的從空氣中吸收水分子進(jìn)入結(jié)構(gòu)層間的特性，具有良好的濕度響應(yīng)能力，可以在濕度的測量應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

技術(shù)研發(fā)人員：王帥華,楊金海,黃鑫,吳少凡,鄭熠,陳旻
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10