×
01.07.2018
218.016.6979

Способ получения поликристаллического ортогерманата висмута

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к материалам для сцинтилляционной техники, к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам гамма- и альфа-излучений в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике и ядерной физике. Предложен способ получения поликристаллического ортогерманата висмута с субмикронным размером зерен, характеризующегося наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания не более 50 нс, включающий смешивание реагентов - водного раствора нитрата висмута Bi(NO)⋅5HO и оксида германия GeO - в стехиометрическом соотношении Bi/Ge - 4:3, добавление к полученной суспензии водного раствора аммиака (1,7-8М) и последующую гидротермально-микроволновую обработку при температуре 140-220°С в течение 0,5-2 часов в тефлоновом автоклаве объемом, в 2-4 раза превышающим объем суспензии. Изобретение позволяет синтезировать перспективный материал для создания высокочувствительных детекторов с высокой скоростью счета событий. 2 ил., 5 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к получению материалов для сцинтилляционной техники, прежде всего к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам гамма- и альфа-излучений в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике и ядерной физике.

Основными требованиями, предъявляемыми к сцинтилляторам, являются быстродействие, то есть малые времена высвечивания (τ); высокая конверсионная эффективность (световой выход L); высокая радиационная стойкость; малое послесвечение и хорошие механические свойства. Особое значение малые времена высвечивания имеют для создания высокочувствительных детекторов с высокой скоростью счета событий. В частности, в флюороскопии, рентгеновской и позитронно-эмиссионной томографии использование сцинтилляторов с улучшенным временным разрешением приводит к повышению качества изображения, улучшает чувствительность детектора и уменьшает времени экспозиции объекта или дозы облучения пациента ["Inorganic scintillators in medical imaging detectors". Carel W.E. van Eijk, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 509 (2003) 17-25]. Монокристаллический сцинтиллятор ортогерманат висмута Bi4Ge3O12, сокращенно обозначаемый в научной литературе как BGO, обладает рядом достоинств. К ним относятся большая плотность (7,13 г/см3), высокий эффективный атомный номер (Zэф 73), малая радиационная длина (1,13 см), достаточно большая длина волны максимума спектра излучения (λ=480 нм), позволяющая использовать BGO как с фотоэлектронными умножителями, так и с фотодиодами, негигроскопичность, повышенная химическая, термическая и радиационная стойкость.

Известны способы выращивания монокристаллов этого состава из расплава оксидов Bi2O3-GeO2 стехиометрического состава методами Чохральского [SU 1789578], зонной плавки, Бриджмена или в гидротермальных условиях [RU 1266248, US 9518219].

Недостатком монокристаллического BGO является большая величина постоянной времени высвечивания сцинтилляционного импульса, составляющая при комнатной температуре порядка 300 нс, что не позволяет использовать его в новейших 3D позитронно-эмиссионных томографах.

Наиболее близким по достигнутым результатам является техническое решение по патенту RU 2031987, в котором заявлен быстрый сцинтиллятор, представляющий собой монокристаллический BGO, активированный иттербием (Yb) в концентрациях 0,07-1,50 мас. %. Авторами был синтезирован материал, кривая высвечивания которого описывалась двухэкспоненциальной зависимостью, причем значение постоянной времени высвечивания короткой составляющей сцинтилляционного импульса равнялось τ=16 нс.

Существенным недостатком полученного материала является наличие медленной компоненты, на которую приходилось 30% от суммарной энергии сцинтилляционного импульса. Доля энергии, высвечиваемой в быстрой компоненте, составляла всего 70%. К тому же иттербий обладает собственным радиационным фоном, вносящим помехи при детектировании малых потоков ионизирующего излучения.

Общим недостатком монокристальных сцинтилляторов BGO являются большие трудо-, время- и энергозатраты, связанные с процессом их получения. Кроме того, тенденция к миниатюризации современных приборов и потребность в матричных изображающих детекторах порождает новые требования к их размерам и формам. Удовлетворить им успешно могут недорогие (по сравнению с монокристаллами) керамические сцинтилляторы, для создания которых необходимы высокодисперсные порошки BGO.

Изобретение направлено на изыскание способа получения высокодисперсных порошков BGO, характеризующихся наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания не более 50 не.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения поликристаллического ортогерманата висмута с субмикронным размером зерен, характеризующегося постоянной времени высвечивания не более 50 нс, включающий смешивание реагентов - водного раствора нитрата висмута Bi(NO3)3⋅5H2O и оксида германия GeO2 - в стехиометрическом соотношении Bi/Ge - 4:3, добавление к полученной суспензии водного раствора аммиака (1,7-8 М) и последующую гидротермально-микроволновую обработку при температуре 140-220°С в течение 0,5-2 часов в тефлоновом автоклаве объемом, в 2-4 раза превышающим объем суспензии.

Выбранные реагенты, их концентрации, растворители и соотношения обеспечивают образование гомогенных систем, в которых проходят реакции образования однородных по фазовому составу и размеру порошков ортогерманата висмута.

Применение растворов аммиака в концентрации меньше 1.7 М не позволяет получать однофазные образцы BGO. Верхняя граница 8 М определяется концентрацией NH3 в коммерческом реактиве.

Выбор температуры системы в процессе гидротермально-микроволнового воздействия выше 140°С определяется нижней температурной границей образования BGO, а верхний предел 220°С определяется верхней температурной границей использования тефлонового автоклава.

Продолжительность гидротермально-микроволнового воздействия обусловлена тем, что время менее 0.5 ч не позволяет осуществить полное прохождение реакции образования BGO, а свыше 2 ч нецелесообразно ввиду полного завершения к этому времени кристаллизации BGO и отсутствия изменений в морфологии синтезированного порошка при увеличении времени воздействия.

Отношение объема автоклава к объему суспензии, определяющее степень заполнения автоклава, устанавливалось с учетом разрешенного верхнего предела заполнения автоклава 50%, т.е. более 2 раз для объемных отношений. Нижняя граница - 25% (4 раза) определялась тем, что снижение уровня заполнения автоклава приводит к уменьшению рабочего давления внутри автоклава и реакция образования BGO не идет.

Сущность изобретения заключается в том, что использование гидротермально-микроволнового метода позволило оптимизировать условия синтеза высокодисперсных порошков BGO, характеризующихся наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания не более 50 не.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими прилагаемыми иллюстрациями:

Фиг. 1. Экспериментальная и расчетная дифрактограммы BGO, синтезированного по примеру 1.

Совпадение кривых свидетельствует об однофазности образца и истинности фазового состава синтезированного образца.

Фиг. 2. Кинетика затухания сцинтилляций порошка, синтезированного по методике из примера 1, (а) и образца, полученного растиранием монокристалла BGO, (б).

На рисунках приведены результаты экстраполяции экспериментальных кривых по одноэкспоненциальному закону y=A1exp(-x/t1)+y0, t1 - постоянная времени высвечивания. Наилучший результат экстраполяции достигнут для значений постоянной времени высвечивания t1~11 нс в случае образца, синтезированного по заявленному способу, и t1~327 нм для образца, полученного растиранием монокристалла BGO.

Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенное техническое решение.

Пример 1. Нитрат висмута Bi(NO3)3⋅5H2O и оксид германия GeO2 брали в стехиометрическом соотношении Bi/Ge - 4:3. Навески Bi(NO3)3⋅5H2O (1,8 ммоль) и GeO2 (1,2 ммоль) суспензировали в 10 мл дистиллированной воды и перемешивали на магнитной мешалке 10-15 мин. Затем к суспензии прибавляли 7 мл раствора аммиака (ГОСТ №24147-80) и доводили общий объем смеси дистиллированной водой до 50 мл. Суспензию поместили в тефлоновый автоклав объемом 100 мл. Гидротермально-микроволновую обработку (ГТМВ) проводили на установке Berghof Speedwave MWS-3+. Время обработки 2 ч, температура -200°С.

Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO (Фиг. 1), характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса порядка 11 нс (Фиг. 2а) при 90% сцинтилляционной эффективности (световой выход относительно образца, полученного из монокристаллического BGO). Для определения сцинтилляционной эффективности в качестве эталона использовали порошок, полученный растиранием монокристалла BGO в ступке до размера частиц 10-50 мкм. Длительность высвечивания перетертого монокристалла BGO составила 327 нс (Фиг. 2б).

Пример 2. По примеру 1, отличающийся тем, что вместо 7 мл добавляли 10 мл раствора аммиака и доводили общий объем смеси дистиллированной водой до 50 мл. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO, характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 20 нс при 90% сцинтилляционной эффективности относительно перетертого монокристалла BGO.

Пример 3. По примеру 1, отличающийся тем, что ГТМВ обработку проводили при температуре 170°С и времени обработки -1 ч. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки ВGO, характеризующиеся наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 49 нс при 70% сцинтилляционной эффективности.

Пример 4. По примеру 1, отличающийся тем, что вместо 7 мл добавляли 30 мл раствора аммиака. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO, характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 47 нс при 70% сцинтилляционной эффективности относительно перетертого монокристалла BGO.

Пример 5. По примеру 4, отличающийся тем, что синтез проводили при температуре 140°С и заполнении автоклава 30%. Полученные в данных условиях образцы представляли собой однофазные порошки BGO, характеризующиеся единственной компонентой сцинтилляции с постоянной времени высвечивания импульса 50 нс при 100% сцинтилляционной эффективности относительно перетертого монокристалла BGO.

Положительный эффект, достигнутый при синтезе в гидротермальных условиях при микроволновом воздействии состоит в том, что полученный сцинтилляционный материал (Примеры 1-5) обладает малым временем высвечивания сцинтилляционного импульса, составляющим τ=11-50 нс, т.е. на порядок меньшим, чем у монокристаллического BGO, причем медленная компонента затухания отсутствует. Полученный по заявленному способу материал является перспективным для создания высокочувствительных детекторов с высокой скоростью счета событий.

Заявленный способ обладает следующими преимуществами:

позволяет синтезировать быстрый сцинтилляционный материал с постоянной времени высвечивания τ=11-50 нс;

позволяет проводить синтез при температурах 140-220°С, что существенно ниже температуры выращивания монокристаллов из расплава (1000°С и выше);

не требует применения сложного и дорогостоящего оборудования, например платиновых тиглей;

субмикронный размер зерен получаемого порошка BGO позволяет использовать его для изготовления сцинтилляционной керамики и композитов.

Способ получения поликристаллического ортогерманата висмута с субмикронным размером зерен, характеризующегося наличием единственной компоненты сцинтилляции с постоянной времени высвечивания не более 50 нс, включающий смешивание реагентов - водного раствора нитрата висмута Bi(NO)⋅5HO и оксида германия GeO - в стехиометрическом соотношении Bi/Ge - 4:3, добавление к полученной суспензии водного раствора аммиака (1,7-8М) и последующую гидротермально-микроволновую обработку при температуре 140-220°C в течение 0,5-2 часов в тефлоновом автоклаве объемом, в 2-4 раза превышающим объем суспензии.
Способ получения поликристаллического ортогерманата висмута
Способ получения поликристаллического ортогерманата висмута
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 50 items.
25.08.2017
№217.015.ba0d

Способ определения удельной электропроводности ионпроводящих материалов

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и может быть использовано в химической и других родственных с ней отраслях промышленности для определения удельной электропроводности ионпроводящих материалов, в том числе полимерных пленок и тканей. Предложен способ определения удельной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615601
Дата охранного документа: 05.04.2017
25.08.2017
№217.015.bab7

Способ получения стабильных водных коллоидных растворов наночастиц диоксида церия

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, биохимии, медицине. Для получения стабильных водных коллоидных растворов наночастиц диоксида церия готовят водный раствор гексанитроцерата(IV) аммония, тщательно перемешивая до его полного растворения. Проводят гидротермальную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615688
Дата охранного документа: 06.04.2017
25.08.2017
№217.015.bae7

Способ получения композиционного порошка mb-sic, где m=zr, hf

Изобретение относится к неорганической химии и неорганическому материаловедению, конкретно к получению порошковых материалов состава MB-SiC, где М = Zr, Hf, содержащих нанокристаллический карбид кремния. Получаемые композиционные порошки ZrB-SiC и/или HfB-SiC могут быть применены для нанесения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002615692
Дата охранного документа: 06.04.2017
25.08.2017
№217.015.d135

Индикаторный элемент для обнаружения утечки гидразиновых ракетных горючих

Изобретение относится к химмотологии, а именно к химическим индикаторам на твердофазных носителях для определения компонентов ракетных, авиационных и автомобильных топлив, и может быть использовано для экспрессного обнаружения утечки гидразиновых ракетных горючих на месте сварных швов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622026
Дата охранного документа: 08.06.2017
25.08.2017
№217.015.d2ee

Мембрана ионоселективного электрода для определения октагидротриборатного аниона

Изобретение относится к потенциометрическим методам количественного определения веществ (ионометрия) и может быть использовано для неразрушающего контроля и автоматического регулирования содержания октагидротриборатного аниона в водных, включая технологические, растворах. Предложена мембрана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621888
Дата охранного документа: 07.06.2017
26.08.2017
№217.015.d40c

Способ получения керамического прекурсора для синтеза лейкосапфира

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способу получения прекурсора для синтеза лейкосапфира. Предложенный способ заключается в том, что смесь гидраргиллита с 1÷15 мас.% электрокорунда с размером зерна от 10 до 50 мкм заливают 0,5÷2 мас.% водного раствора соляной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622133
Дата охранного документа: 13.06.2017
26.08.2017
№217.015.d75a

Композиционный катодный материал

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для производства улучшенного катодного активного материала литий-ионных аккумуляторных батарей с повышенной удельной емкостью при циклировании токами высокой плотности. Предложен композиционный катодный материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623212
Дата охранного документа: 23.06.2017
26.08.2017
№217.015.e058

Способ получения наполнителей для строительных материалов

Изобретение относится к получению наполнителя для строительных материалов. Соль алюминия в количестве от 40 до 100 г/л растворяют в кипящем водном 10-50 мас.% растворе углевода, добавляют разрыхлитель в виде 5-50 мас.% раствора нитрата алюминия с обеспечением содержания алюминия в растворе до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625388
Дата охранного документа: 13.07.2017
26.08.2017
№217.015.e1ba

Экстракционный способ получения наноразмерных кристаллов оксидов металлов

Изобретение может быть использовано в производстве компонентов полупроводниковых приборов, датчиков, УФ-фильтров, солнечных батарей, гетерогенных катализаторов. Для получения наноразмерных кристаллов оксидов металлов экстракционным способом в дистиллированной воде готовят гетерогенную систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625877
Дата охранного документа: 19.07.2017
29.12.2017
№217.015.f4e7

Рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов

Изобретение относится к области процессов разделения веществ. Предложен рециркуляционный способ экстракционно-хроматографического разделения смеси компонентов в устройстве с многократным контактом первой и второй жидких фаз. Смесь подают в устройство с первой жидкой фазой, которую до достижения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637960
Дата охранного документа: 08.12.2017
Showing 1-3 of 3 items.
24.05.2019
№219.017.5e3d

Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам получения водных коллоидных растворов золей наночастиц соединений переходных металлов, а именно коллоидных растворов триоксида вольфрама, которые могут быть использованы для получения защитных покрытий, катализаторов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688755
Дата охранного документа: 22.05.2019
11.05.2023
№223.018.53e1

Способ получения катализатора полного окисления метана на основе lnfesbo (ln=la-sm) со структурой розиаита

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, конкретно к катализаторам окисления метана на основе сложных оксидов с нанесенными наночастицами благородных металлов, обладающим улучшенными каталитическими характеристиками, и может быть использовано в процессе очистки промышленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795468
Дата охранного документа: 03.05.2023
24.05.2023
№223.018.6f8a

Способ получения аэрогеля на основе аморфного диоксида германия

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно, к получению мезопористых монолитных аэрогелей диоксида германия. Способ получения монолитного аэрогеля на основе аморфного диоксида германия основан на золь-гель методе с применением технологии сверхкритической сушки. В качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796091
Дата охранного документа: 16.05.2023
+ добавить свой РИД