[發明專利]一種基于聚合物結構色材料的電離輻射劑量計及其劑量讀取方法

在審

• 申請號: 202210895112.2
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115469348A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 馬駿;王志浩;王運龍;艾美星
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01T1/02
• 分類號: G01T1/02;C08J9/00;C08L89/00;C08L5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馬玉雯

本發明公開了一種聚合物結構色材料制成的電離輻射劑量計及其劑量讀取方法。本發明利用特征尺寸在100nm?1000nm的聚合物微結構材料在電離輻射下的裂解或交聯現象，使其在接受特定劑量的電離輻射后，其結構色的特征波長發生移動的現象來測量電離輻射吸收劑量，并發明了標準色卡比對、反射光譜測量及數碼拍照色相讀取作為劑量讀取方法。該劑量計制備簡單，成本低廉，靈敏度可調節、能夠覆蓋整個可見光波長范圍，與傳統的變色劑量片相比，其采用反射光的波長和色相而非亮度/透明度/飽和度來測量吸收劑量，具有明顯的優勢。

技術領域

本發明涉及功能材料和輻射應用領域，特別是一種基于聚合物結構色材料的電離輻射劑量計及其劑量讀取方法。

背景技術

輻射劑量計可以通過與物質相互作用時產生的熱、力、光、電及化學效應來測量和記錄電離輻射。目前，常用的輻射劑量計有電離室劑量計、膠片劑量計、半導體劑量計和化學劑量計等。其中，電離室劑量計體積大，結構復雜，除科學研究外，實際生產中很難應用。而膠片劑量計雖然有較好的空間分辨能力，但因為在曝光后必須進行定影處理，因而無法實現實時地監控和測量。半導體劑量計雖然靈敏度較高，但其成本較高，使用壽命較短，且對輻射類型和能量依賴性較大。而化學劑量計雖然成本較低，但劑量范圍通常受限，如硫酸亞鐵劑量計工作范圍一般為40-400Gy。而且，化學劑量計同樣需要在測量結束后進行后續分析，也無法實現輻射劑量的實時監測。以輻射變色化學染料為響應材料的薄膜變色劑量計，可以輻射劑量的實現實時檢測和空間分辨，但是該劑量計受溫濕度影響較大，且受紫外光照射后也會發生變色，嚴重制約了其應用范圍。上述傳統的輻射劑量計，盡管應用已久，各有優勢，但越來越難以完全滿足當前核技術應用中的新需求。

光子晶體是一種指具有光子帶隙特性的人造周期性電介質結構，具有明亮的結構色特征，因而可以通過裸眼、光譜、化學分析等多種讀取方式，因而在智能檢測、仿偽識別、平面印刷以及其他眾多領域有著廣泛而重要的應用。其中，響應性聚合物光子晶體的顏色參數，可以設計成隨各種外部條件，如溫度、化學環境、光照、電磁場等而發生變化，因而可以準確而直觀地觀察到外界環境的變化情況。

盡管聚合物材料的輻射效應，包括交聯、裂解以及相應的保護劑與敏化劑的研究，已經形成了一個系統的研究學科，但是對具有微觀結構，且具有結構色的聚合物或水凝膠材料的輻射效應和響應機制尚沒有相關研究報道。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于聚合物結構色材料的電離輻射劑量計及其劑量讀取方法，基于聚合物材料的交聯或降解等輻射效應，具有微觀結構，且具有結構色的聚合物或水凝膠在輻射作用下結構發生改變，進而實現顏色的變化。

本發明采用以下技術方案：

一種聚合物結構色材料制成的電離輻射劑量計，所述劑量計為單層或多片疊加的聚合物結構色材料薄膜；

所述聚合物結構色材料為聚合物組成的三維有序結構或聚合物組成的單分散微球堆積的無序結構；

所述聚合物組成的三維有序結構為具有二維或三維周期性結構的人造周期性聚合物電介質結構；該周期性結構至少一維尺寸在100nm-1000nm而具有特定的光學禁帶，其光學禁帶可在電離輻射下發生移動。

所述聚合物組成的單分散微球堆積的無序結構為由單分散半徑在100-1000nm的球狀聚合物微結構無序堆積，或該球狀聚合物微結構的反結構所形成的無定形結構色材料，其反射光譜峰值可在電離輻射下發生移動。

進一步的，所述聚合物結構色材料為三維有序堆積的反蛋白石結構，即密堆積結構的三維球形孔洞結構。

進一步的，所述聚合物結構色材料為由生物源蛋白質及多糖及其經過化學修飾后形成的聚合物，所述化學修飾是指接枝含有特殊功能的官能團，如含有雙鍵的官能團，或與金屬離子配位的官能團。

進一步的，所述生物源蛋白質為直接應用的或修飾有額外的雙鍵的甲基丙烯酸化水凝膠。