[發明專利]一種稀土磷酸鹽閃爍玻璃及其制備方法

無效

• 申請號: 201310218605.3
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103319087A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 鐘玖平;周建邦;俞建勇;梁宏斌;蘇鏘;龔斌;劉明彪;劉革命;賴志遠
• 申請（專利權）人: 中山大學;贛州虔東稀土集團股份有限公司
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12;C03C3/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 謝敏楠

技術領域

本發明涉及無機稀土發光材料領域，具體涉及稀土磷酸鹽閃爍玻璃及其制備方法。

背景技術

閃爍材料是一種吸收高能粒子或高能輻射后，能將獲得的能量轉換為熒光發射的功能材料。近年來，閃爍材料在高能物理、核物理、工業無損探傷、核醫學成像、安全檢查和環境監測等領域得到了廣泛應用。

????閃爍材料需要具備以下特征：1）在高能射線照射下具有高的光產額，以實現將高能射線的能量有效地轉化為熒光發射。2）短的熒光壽命。熒光壽命是用來表征閃爍材料熒光衰減速率的參數。對于快速事件的監測記錄來說，需要時間分辨率很高的閃爍材料，以避免相鄰兩次事件圖像的重疊，所以，閃爍材料的熒光衰減時間越短越好。3）具有一定的輻射長度。輻射長度表征閃爍材料對高能射線的截止能力。輻射長度越小，對高能射線的截止能力越高。

????閃爍晶體是目前研究較多、應用也比較廣泛的一類閃爍材料，具有耐輻照、快衰減、高光輸出等優點。但閃爍晶體存在著制備工藝復雜、生長周期長、成本昂貴、加工繁瑣以及大尺寸單晶生長困難等缺點，進而較難進一步實現材料的光學性能優化，這限制了閃爍晶體的更廣泛的應用[M.?Ishii?,Y.?Kuwano,?T.?Asai,?S.?Asaba,?M.?Kawamura,?N.?Senguttuvan,?T.?Hayashi,?M.?Nikl,?S.?Hosoya,?K.?Sakai,?T.?Adachi,?T.?Oku,?H.?M.?Sshimizu.?Nucl.?Instrum.?Methods?A.?537(2005)282]。

????閃爍玻璃相對于閃爍晶體來說，具有制備工藝簡單、成本低廉、化學組分易調、各向同性、可燒制成各種形狀、易于實現大批量、大尺寸生產等優點，近年來發展迅速[專利：富含Gd₂O₃硼鍺酸鹽閃爍玻璃及其制備方法與應用（專利號CN102826753A）；專利：鋱激活硅酸鹽閃爍玻璃及其制備方法（專利號CN1958495A）；專利：稀土摻雜氟氧碲酸鹽閃爍玻璃及制備方法（專利號CA101913767B）]。而且玻璃可以拉制光纖，將閃爍玻璃制成光纖后再組裝成探測器，可以大大提高對高能射線的探測效率和器件成像分辨率。

????由于三價稀土鈰離子（Ce³⁺）的熒光發射來源于4f-5d電偶極允許躍遷，熒光壽命為納秒級,?可用于快速事件的探測記錄,?因此對Ce³⁺離子摻雜閃爍玻璃的研究受到較多關注[Chewpraditkul?W.,?Shen?Y.,?Chen?D.,?Nikl?M.,?Beitlerova?A..?J.?Optoelectron.Adv.Mater,?15(2013)94]。目前研究較多的Ce³⁺離子摻雜重金屬氟化物玻璃因光輸出較低,?玻璃形成范圍較窄,?容易揮發,?大尺寸制備比較困難等缺點，使其應用受到一定的限制。重金屬氧化物具有較寬的玻璃形成區,?較高的密度,?有利于提高閃爍體的耐輻照能力和降低無輻射損耗等而成為新型高密度閃爍體的候選材料。同時，具有變價特性的鈰離子能夠俘獲輻射產生的自由電子及空穴,?從而有效抑制輻照誘導色心的形成，可有效提高磷酸鹽閃爍玻璃的抗輻射能力。通過控制玻璃中Ce³⁺/Ce⁴⁺的合適比例，可在顯著提高磷酸鹽玻璃抗輻照性能的基礎上，使Ce³⁺離子為激活中心的閃爍玻璃的發光特性不受影響[陳國榮，Baccaro?S.，聶佳相，張永輝，杜永娟.?硅酸鹽學報，31(2003)673]。

????過去人們對閃爍玻璃的研究主要集中在氟化物玻璃和氧化物玻璃上[袁新強，范有余，胡和方.硅酸鹽學報，33(2005)235；陳曉波，宋增福.?光譜學與光譜分析.?25(2005)161]。氟化物玻璃具有高密度、紫外透光性能好等優點，但氟化物玻璃耐輻照性能較差，具有發光猝滅，所以光輸出較低，其應用因此而受到極大的限制。重金屬氧化物玻璃的研究主要集中在以PbO為玻璃基質來增加玻璃的密度以改善玻璃的耐輻照性能，但是這些玻璃的光產額還是不盡如人意。且PbO揮發有毒，在玻璃生產過程中需要嚴密的保護措施，增加了玻璃的制造成本。本發明利用磷酸鹽易形成玻璃的特點，制備含稀土的磷酸鹽，并引入堿金屬離子填充稀土磷酸鹽骨架結構中空隙，增強材料密度，制備一種新型的透明稀土磷酸鹽閃爍玻璃。

發明內容