[發明專利]一種摻Pr3+高密度閃爍玻璃及其制備方法

無效

• 申請號: 200810040222.0
• 申請日: 2008-07-04
• 公開（公告）號: CN101318773A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 歐玉文;張亞萍;梁曉巒;楊云霞;陳國榮
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12;C03C3/095;C03C3/068
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及可應用于高能物理測量、醫學成像、地球物理探測等領域的高密 閃爍玻璃。

背景技術

閃爍體是一種將高能光子(X-射線，γ-射線)或粒子(強子、電子、質子、α- 粒子等)的電離能轉換成紫外/可見光子的光電導型發光材料，是一種能量轉換 體。閃爍體在高能粒子的研究中具有非常重要的作用，粒子的鑒別、粒子性能 的測定和新粒子的發現都離不開高性能的閃爍體。隨著高能物理、核物理和放 射物理的快速發展，特別是隨著改進正電子放射斷層掃描儀(PET)等核醫療設備 以及建造美國超級超導對撞機(SSC)、西歐大型強子對撞機(LHC)等大型高能物 理實驗裝置等工作的進行，對高性能核探測器有了更加迫切的需要。為此，90 年代尤其是近幾年來，開拓和研制應用于高能物理領域的新型高密度閃爍材料 的工作得到進一步加強，有關學術交流活動也異常頻繁活躍。

閃爍材料的性能主要包括密度、閃爍性能、抗輻射性能等，為滿足應用在 高能輻射環境中的要求，材料應：(1)具有高的密度值(＞5g/cm³)：密度愈大，材 料對射線的截止本領愈大，輻射長度x₀和莫來爾(Moliere)半徑愈小，小的莫來 爾半徑可以減小兩個相鄰訊號之間的重疊和污染，便于“辨認”；小的輻射長 度可使探測器做成小體積，從而降低成本。(2)在可見光區或近紫外光區激發： 根據波長與能量的關系，發射波長總是大于激發波長，因此，在可見或近紫外 區激發就能保證熒光發射波長在300nm以上，使光訊號與光電二極管相匹配，(3) 低的成本：新一代加速器要求探測器閃爍材料成本≤2美元/cm³，這要求制備工 藝簡單。

閃爍晶體是比較合適的材料，具有耐輻照、快衰減、高光輸出等優點。但 是，閃爍晶體的缺點是制備困難，價格昂貴，激活劑在晶體中存在的分凝現象 使得各部位的發光性能存在差異，再者，其密度相對較低，一般在5.0g/cm³以下， 這就限制了其應用，特別對高能物理實驗。閃爍玻璃制備容易、成分易于調整、 組織均勻性好、各向同性、可以澆注成各種形狀、加工方便、成本低廉、易于 實現大批量、大尺寸工業化生產。但是，多年來閃爍玻璃的研究進展緩慢，到 現在為止閃爍玻璃的光產額和密度都還很低，沒有得到廣泛應用。

本發明摻Pr³⁺鉍硼硅酸鹽閃爍玻璃，在不影響其發光強度的前提下，玻璃密 度也有了很大的提高。一方面高原子量Bi³⁺可以賦予玻璃高密度，使之成為閃爍 材料的基材；另一方面發射波長在300nm以上，可實現光訊號與光電二極管的匹 配；再一方面，由于玻璃固有的透明性，制備容易，工藝簡單，可實現低成本、 大體積等特點。較之傳統的氧化物玻璃，密度從傳統的4.0g/cm³左右可提高到 7.0g/cm³，并呈現出較強的488nm藍光發射，以及530nm綠光、610nm橙光、647nm 紅光發射。因此，摻Pr³⁺高密度鉍硼硅酸鹽玻璃是新型的閃爍材料。

發明內容

本發明摻Pr³⁺的高密度閃爍玻璃，包括基質玻璃(Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂)、發光中 心(Pr³⁺)、脫色劑(Sb₂O₃)，其摩爾組成如下：

本發明閃爍玻璃的制備主要經過了四個步驟：a)玻璃組成的設計與確定；b) 原料的混合；c)玻璃的熔制；d)退火熱處理。

在玻璃組成的設計與確定中，Bi₂O₃作為網絡中間體，大量引入可顯著提高 玻璃密度，密度的增加可有效提高閃爍體對高能射線的阻擋能力；B₂O₃的引入， 可降低玻璃的高溫粘度，改善成玻性能；SiO₂作為最常見的玻璃形成體在本系 統中被引入；Sb₂O₃引入主要起到脫色作用，防止玻璃發黑。