[发明专利]中子吸收材料及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及一种中子吸收材料及其制备方法和应用，属于中子吸收材料技术领域。一种中子吸收材料的制备方法，包括：以硼酸酯为硼源，采用原子层沉积法在基材上循环沉积氧化硼形成氧化硼膜层，再在氧化硼膜层上沉积其他金属氧化物形成再活化膜层，重复上述步骤以得到中子吸收材料。以硼酸酯为硼源，避免现有原子层沉积法制备氧化硼薄膜时使用含卤素的硼化物，使得反应过程中产生含腐蚀性卤化氢的尾气。在氧化硼膜层上沉积其他金属氧化物，能够活化氧化硼膜层表面的氢键，避免氧化硼因为物理吸附而导致沉积过程终止。该氧化物层使得氧化硼能够连续生长，以得到具有一定厚度的氧化硼膜层。

技术领域

本申请涉及中子吸收材料技术领域，且特别涉及一种中子吸收材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，原子能工业、放射医学和国防科研有了迅速的发展，在中子领域的研究也同样得到了极大地发展，同时，有关中子的技术和研究成果在许多产业已经投入使用并且取得了不错的成绩。中子本身呈电中性，与物质原子核直接发生作用，不与物质核外电子发生作用。中子穿透能力很强，与质量、能量相同的带电粒子相比，中子强得多，和同剂量的γ射线、X射线相比，中子对人体产生的危害严重得多。为了让中子技术更好的服务人类，对中子进行有效的吸收是必不可少的。因此，对各种新型中子吸收材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种中子吸收材料及其制备方法和应用，以改善中子吸收材料氧化硼膜层厚度较薄的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种中子吸收材料的制备方法，包括：以硼酸酯为硼源，采用原子层沉积法在基材上循环沉积氧化硼形成氧化硼膜层，再在氧化硼膜层上沉积其他金属氧化物形成再活化膜层，重复上述步骤以得到中子吸收材料；其中，其他金属氧化物为除硼元素以外的金属元素的氧化物。

本申请实施例以硼酸酯为硼源，避免现有原子层沉积法制备氧化硼薄膜时使用含卤素的硼化物，使得反应过程中产生含腐蚀性卤化氢的尾气。在氧化硼膜层上沉积其他金属氧化物，使得氧化硼膜层上原位生长其他金属氧化物，该金属氧化物表面含有-OH基，能够活化氧化硼膜层表面的氢键，避免氧化硼因为物理吸附而导致沉积过程终止。该氧化物层使得氧化硼能够连续生长，以得到具有一定厚度的氧化硼膜层。该制备方法能够精确获得所需厚度的中子吸收材料，且该制备方法可广泛应用于表面形状复杂的结构，同时制备工艺简单，可降低制备中子吸收材料的成本。

在本申请的部分实施例中，氧化硼的沉积循环数为X，其他金属氧化物的沉积循环数为Y，X:Y＝(10-360):3。硼酸酯的沉积循环次数X与其他金属氧化物的沉积循环次数Y在上述范围内，氧化硼膜层的连续生长情况较好，能够得到厚度较厚的材料。

在本申请的部分实施例中，X为10-120，Y为1-3。当X小于10时，虽然能够得到连续生长的氧化硼薄膜，但是薄膜会含有大量的其它对中子非敏感的金属氧化物，影响其中子敏感程度，影响对中子的吸收、屏蔽。当X大于120时，继续增大X值薄膜并不能继续生长。当Y小于1时，氧化硼膜层无法连续生长，当Y大于3时，生长同样厚度的膜层会增加膜层中对中子不敏感的成分，会影响其中子探测效果。

在本申请的部分实施例中，其他金属氧化物包括至少一种金属元素的氧化物。在氧化硼膜层上沉积至少两种金属氧化物有助于提高生长速率。在本申请的部分实施例中，当Y大于1时，沉积再活化膜层的步骤包括：在真空条件下，将M前驱体源通入反应腔室，随后通入氧源，沉积Z个循环，形成M氧化物膜层；在真空条件下，将N前驱体源通入反应腔室，随后通入氧源，沉积(Y-Z)个循环，在M氧化物膜层上形成N氧化物膜层，得到再活化膜层；M、N为除硼元素以外的金属元素。

在本申请的部分实施例中，沉积氧化硼膜层的沉积温度为80℃-300℃和/或沉积再活化膜层的沉积温度为80℃-300℃。在该温度范围内，反应能够顺利进行。若沉积温度小于80℃，反应物不能完全反应，膜层会含有残留物，影响中子的探测效果。若沉积温度大于300℃，会导致前驱体发生分解，影响反应的进行。