[发明专利]含铅氟氧化物闪烁玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，所制备的材料为高密度闪烁玻璃，可应用于高能物理、核物理、医学成像、地球物理勘探等辐射探测技术领域。

背景技术

闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后，将吸收的离化辐射（ionizing radiation）转化为脉冲光的光功能材料，近年来在高能物理、核物理、天体物理、地球物理、医学成像、工业探伤和安全检查等领域得到了广泛的应用。

随着科学技术的不断进步，特别是随着正电子放射断层扫描仪（PET）、X射线CT和γ-射线照相机等核医疗诊断设备的日益推广和性能改性，核辐射探测技术对闪烁材料的性能提出了新的要求，尤其要求闪烁体具有高分辨率和高的抗辐照损伤能力。20世纪90年代以来，新型闪烁材料不断涌现，材料的结构正在从先前的单晶材料向多晶材料和非晶材料领域拓展。闪烁晶体是相对比较合适的材料，具有抗辐照，适宜的发射波长，高光输出等优点。但闪烁晶体存在着制备工艺复杂、生产周期长、成本高以及大尺寸单晶生产难度大、激活剂在晶体中存在的分凝不均匀使得各部位的发光性能存在差异。除了闪烁晶体以外，闪烁玻璃的研究与开发也颇为引人注目，由于玻璃的制备成本比晶体低得多，对建造体积达上百立方米之巨的新一代电磁量能器，玻璃的成本优势是一个不可忽视的重要因素。加之闪烁玻璃制备容易、成分可调、组织均匀性好、各向同性、可以浇铸成各种形状、加工方便、成本低廉，易于实现大批量、大尺寸工业化生产，因此已成为世界各国致力研发的热点材料之

1997年，P.Nachimuthu等人对Sm³⁺和Dy³⁺掺杂的PbO-PbF₂体系玻璃的吸收和发光性能进行了研究，认为氟氧化物玻璃具有的易制备、抗潮湿性能和优良的化学稳定性使其成为一种比单纯的氟化物玻璃更优的玻璃基质材料（参见Journal of Non-Crystalline Solids，第217期，1997年第215页）。2010年，Xin-yuan Sun等人对Tb³⁺激活的SiO₂-Al₂O₃-CaO-CaF₂氟氧化物闪烁玻璃陶瓷进行了研究，由于Tb³⁺倾向于进入析出的CaF₂纳米晶，而CaF₂：Tb³⁺具有较低的声子能量，因此在玻璃基质中析出CaF₂纳米晶更有利于Tb³⁺发光（参见Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchA，第621期，2010年第322页）。

目前的闪烁玻璃一般以硅酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃和磷酸盐玻璃等为基质，闪烁玻璃中可掺杂的激活剂有铽（Tb）、铈（Ce）、铕（Eu）和镨（Pr）等离子，如公开号为CN10138773、名为“一种掺Pr³⁺高密度闪烁玻璃及其制备方法”的发明专利申请公开了以铋硼酸盐为玻璃基质，Pr³⁺为发光离子的闪烁玻璃，该闪烁玻璃具有高密度，较强的488nm蓝光发射，以及530nm绿光、610nm橙光和647nm红光；但短波长区透过性较差，因而光输出比较低。公开号为CN101913767A、名为“稀土掺杂的氟氧碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法”的发明专利公开了以碲酸盐为玻璃基质，Gd³⁺为敏化剂，Tb³⁺、Ce³⁺等为稀土发光离子的闪烁玻璃，该玻璃具有密度高，透过性较高以及较强的光输出。

发明内容

本发明的目的是，针对高能物理、核物理、核医学、地球物理、工业探测等领域对闪烁材料的需求，提出并制备出一种既有高密度又有很强的透紫外光能力的闪烁玻璃，以满足新一代辐射探测或电磁量能器对闪烁材料的性能要求。

本发明提供的含铅氟氧化物闪烁玻璃，所述玻璃体系中包括摩尔分数为30-65mol%的PbF₂成份，摩尔分数为3-20mol%的PbO成份，摩尔分数为30-50mol%的SiO₂或GeO₂成份。优选地PbF₂在所述玻璃体系中的摩尔分数为50-65mol%。