[发明专利]一种闪烁玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及闪烁体材料及其制备，尤其是涉及以SnO₂为发光中心的闪烁玻璃及其制备方法。

背景技术

近些年来，随着科学技术的不断进步，人类活动领域的进一步扩大，在高能物理，核物理，工业探测等方面的快速发展对闪烁材料的性能提出了新的要求，尤其要求闪烁材料具有高的分辨率和高耐辐射能力。就目前而言，大部分的传统的闪烁材料(如如NaI:Tl，CsI:Tl，BGO等)并不能很好的满足现有的需求。上世纪90年代以来，国内外对开拓和制备应用于高能物理等领域的新型快速闪烁材料的研究有了许多报导。除了闪烁晶体外，闪烁玻璃的研究与开发也颇引人注目，这主要是因为，玻璃的制备成本要比晶体低很多，对于制备体积达几十立方米的新一代量能器所需要的大型闪烁体而言，成本的节省非常可观。在目前已经报道过的闪烁玻璃中，研究较多的是稀土掺杂离子为发光中心的闪烁玻璃。但是，Ce³⁺掺杂闪烁玻璃具有以下局限性：浓度淬灭效应较为显著，使其引入量受到较大的限制，从而影响其发光强度；某些稀土离子对基质玻璃的光碱度敏感，易使玻璃的紫外及可见吸收截止波长产生红移，从而影响玻璃的紫外与可见透过性；某些稀土离子掺杂玻璃熔制过程须采用还原气氛，不能采用铂金坩埚，只能用石英坩埚或者陶瓷坩埚，气泡和气泡等问题难以解决，从而影响玻璃的光学均匀性。

以氧化锡(SnO₂)为发光中心的闪烁玻璃可以弥补Ce³⁺离子掺杂闪烁玻璃的上述缺点。氧化锡(SnO₂)属于网络中间体，可以在玻璃组成中以较高的浓度引入，从而可以使闪烁玻璃具有较高的发光强度，并且，氧化锡(SnO₂)的引入可以保持甚至进一步改善原有的玻璃形成能力和其他物化性能。此外，由于作为发光中心的锡离子为高价形式，所以可以采用铂金坩埚在空气中熔制，制备工艺简单，得到的材料均匀性好，纯度高。

发明内容

本发明的目的之一，提供一种能够应用与高能物理、核物理、核医学、地球物理、工业探测等领域的闪烁玻璃，以部分取代目前广泛使用的闪烁晶体，后者具有制作成本高，大批量和大尺寸生成难度大的缺点，使其在现实的应用中受到较大的限制。

本发明目的之二，提供一种制备上述闪烁玻璃的方法。

发明构思：

二氧化硅(SiO₂)，二氧化锗(GeO₂)，三氧化二硼(B₂O₃)，五氧化二磷(P₂O₅)是传统的玻璃形成体，具有玻璃形成区域范围广，可以引入的氧化物种类多，密度易于调节，紫外及可见透过性能及其他物化性能优良等优点，并且可以通过一般的成型技术，如模压、热压和挤压技术，使闪烁体的制备过程简化，成本显著降低。以氧化锡(SnO₂)为发光中心的氧化物玻璃具有近紫外及可见通过性能好，衰减较快，荧光强度高等特点。与稀土离子发光相比，氧化锡(SnO₂)发光具有紫外可见透过区域更宽，荧光强度强，且成本更低廉的优势，尤其实用于高精度时间的探测。

本发明是一种以氧化锡(SnO₂)为发光中心的磷酸盐闪烁玻璃，该系统玻璃的组成设计兼顾了如下因素：玻璃形成能力，近紫外及可见区域的高光学透过性，较高的密度，较好的抗辐射性能，高荧光强度和较短的荧光寿命。

技术方案：

本发明所述的闪烁玻璃包括如下组分及含量(含量以摩尔百分比mol％计算)：

玻璃形成体氧化物(SiO₂，GeO₂，B₂O₃，P₂O₅)：10-70

RO：10-50

SnO₂：1-10

其中R＝Ca，Sr，Ba

制备上述快速闪烁玻璃的方法包括如下步骤：

a)玻璃配合料的制备

将原料按照上述的组分及含量经充分混合后制得玻璃配合料。其中玻璃形成体氧化物和RO分别以相应的氧化物或其他化合物形式引入。

b)配合料的熔制：

将由步骤(a)制得的玻璃配合料置于容器中熔化，熔化温度为1200-1500℃，熔化时间为1-4小时。将熔化的玻璃液倒入模具内固化成型，将固化成型后的玻璃移至马弗炉内，在450-600℃保温半小时，冷却后得到玻璃试样。