[发明专利]一种嵌有微晶相的硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种嵌有微晶相的硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法。所述硼酸盐闪烁玻璃的基质为Li₂B₄O₇，所述微晶相的化学式为(Mg_1‑xZn_x)₄(Ta_1‑yNb_y)₂O₉。将原料研磨混合，得到的玻璃混合料置于模具中压片，得到块状玻璃混合料；然后放入刚玉坩埚，将刚玉坩埚放入马弗炉中加热，得到玻璃液，急速冷却处理，得到微晶玻璃样品；将微晶玻璃样品切割至所需尺寸，打磨、抛光。本发明中的闪烁微晶玻璃材料采用高温固相法合成，在空气中稳定存在，工艺安全简单，容易控制。在X射线激发下，检测得到的闪烁玻璃的光产额在948～3606ph/MeV。

技术领域

本发明涉及一种嵌有(Mg_1-xZn_x)₄(Ta_1-yNb_y)₂O₉微晶相的硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法，属于闪烁体发光材料技术领域。

背景技术

闪烁体是一种具有闪烁发光性能的能量转换发光材料，在各种电离辐射以及高能粒子等的辐照下能够发出紫外或者可见区域的光，并与各种光电倍增管、电荷耦合元件和光电二极管结合从而实现对各种电离辐射和高能粒子的探测、甄别以及定量分析。闪烁体被广泛应用于高能物理实验、核医学成像、工业无损探伤、安全检查、环境监测与勘探以及天文观测等。闪烁体从最早发现的CdWO₄到商用化应用的CsI:Tl以及Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)闪烁单晶，其种类得到不断地拓展和丰富，主要包括单晶、透明陶瓷、玻璃、高分子、量子点、气体以及各类复合材料等。闪烁体的共性要求主要包括高光产、快衰减、优异的射线截止能力、稳定的物化性质、耐辐照以及高能量分辨率。

玻璃闪烁体是一类十分重要的闪烁材料，除具备闪烁体共性特征外，其在高掺、大尺寸制备和光纤化方面具有明显优势。玻璃作为一种亚稳态的材料能够通过热处理的方法在玻璃中获得纳米尺度的微晶相，因为晶体颗粒尺寸小于可见光的波长，能够避免晶体颗粒引起的光散射。通过玻璃与微晶相结合可以有效提高闪烁性能。玻璃闪烁体材料作为晶体、有机塑料、液体等其他闪烁体材料的一个重要补充，具有组分设计连续可调、更简单的大尺寸制备工艺、优良的切割和热弯工艺以及成熟的光纤拉丝工艺，在大体积探测器、光纤成像以及位置分辨、微区剂量探测等方面具有一定的优势。总体来看，玻璃作为闪烁体还有很多潜力需要挖掘，目前相关研究仍处于探索阶段，如何发挥其优势使其与其他闪烁体形成互补，是玻璃闪烁体发展的关键。

硅酸盐、铝酸盐等传统氧化物体系虽然具有良好的化学性能，但是其折射率低，声子能量较大。而在硼酸盐体系中掺杂能有效降低声子能的组分以及其他稳定剂可明显提高玻璃的物理及化学稳定性。发光中心在硼酸盐玻璃中通常有较大吸收和发射截面，有利于荧光发射和能量传递。同时，硼酸盐体系玻璃具有近红外及可见光区(400～1400nm)透过率高、光学性能优良、物化性质稳定和熔融温度较低等特点。目前尚未有化合物掺杂硼酸盐玻璃获得玻璃闪烁体应用于辐射探测领域的报道。

专利ZL201810018733.6公开了一种本征发光的闪烁晶体钽酸镁及其制备方法和用途，其化学式为Mg₄Ta₂O₉，属于六方晶系，具有钛铁矿结构，闪烁发光的光产额为16000ph/MeV，和CdWO₄晶体相当，约为CsI(Tl)晶体光产额的30％，衰减时间为5μs，优于CdWO₄晶体，但比CsI(Tl)晶体长。能量分辨率为6.2％，高于CdWO₄晶体，和CsI(Tl)相当。该晶体环境友好，从生产、加工到应用、回收都没有有毒元素污染环境的问题，在射线成像探头方面有潜在的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一系列具有高荧光发射效率的闪烁微晶玻璃。