[发明专利]铽掺杂磷酸钙钠玻璃陶瓷光激励发光材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铽掺杂磷酸钙钠玻璃陶瓷光激励发光材料的制备方法，该材料通式为25Na₂O‑23CaO‑6P₂O₅‑44B₂O₃‑2ZrO₂‑xTb₄O₇，式中：x=0.1‑1；以碳酸钠、碳酸钙、磷酸二氢铵、氧化硼、氧化锆和氧化铽为原料，采用充分混合，预烧，所得熔融的玻璃液迅速倒入不锈钢模具中，制备出磷酸钙钠玻璃，将玻璃磨成粉并进行退火处理，压成圆片，置于马弗炉中进行热处理，在玻璃中析出NaCaPO₄晶体，得到铽掺杂磷酸钙钠玻璃陶瓷光激励发光材料。该材料具有良好光学性质，灵敏度高，剂量响应范围宽（0.01‑1000 Gy），可以应用于个人剂量计、环境剂量计、医学剂量计等，是应用于辐射剂量检测理想的光激励发光材料。

技术领域

本发明涉及一种光激励发光材料，具体涉及一种铽掺杂磷酸钙钠玻璃陶瓷光激励发光材料，通式为25Na₂O-23CaO-6P₂O₅-44B₂O₃-2ZrO₂-xTb₄O₇，式中：x＝0.1-1。

背景技术

利用光激励发光材料被光激励后发出荧光强度与辐射剂量成正比的特性探测辐射剂量的方法是近年来出现的一种新型的辐射剂量测量方法。在辐射剂量测量领域H.O.Albrecht和C.E.Mandeville最先发现光激励发光(OSL)现象，1965年他们证明了波长为410nm的光刺激暴露于X射线的BeO样品可使样品发射紫外光。他们认为出现这种现象的原因是BeO样品中存在双重占据的电子陷阱，这种陷井类似于碱金属卤化物中的F心。1967年Braunlich等人使用红外线刺激Ce³⁺，Sm³⁺和Eu³⁺掺杂的MgS，CaS和SrS热释光材料来测量热释光剂量计(TLD)的剂量读数。1992年兰道尔公司与巴特尔西北国家实验室和美国俄克拉荷马州立大学合作研制了以Al₂O₃:C为基的光致荧光剂量计，OSL剂量计开始成为TLD强有力的竞争者。至今，以Al₂O₃:C为基的光致荧光剂量计被世界各地的使用者广泛使用。

Al₂O₃:C晶体是采用提拉法在高度还原的气氛中制备的，虽然该晶体生长方法可得到剂量学测量所需的优异材料，但Al₂O₃:C晶体生长条件苛刻，使其生产成本相应提高，生长环境细微的变化将对其性能产生显著的变化，使得OSL性能不稳定。

近些年来，科研人员在尝试寻找具有发展潜力的其他材料来代替上述材料。因此，稀土掺杂的荧光玻璃材料进入了人们的视野。荧光玻璃材料凭借着简单的制备工艺、相对低廉的制备成本和优异的热稳定性能被广泛应用于固态照明、激光、显示和温度及辐射剂量检测等领域。此外稀土掺杂的荧光玻璃作为辐射探测材料应用于辐射剂量检测领域有以下几个优点，1.玻璃可作成玻璃纤维，玻璃纤维重量轻，非侵入性，有利于医疗领域应用。2.玻璃纤维既可以作为信号的光导(“外部传感器”)，也可以作为辐射敏感材料和光导(“固有传感器”)，可减少剂量信号传输过程中的信号丢失，因此可以实现长距离更有效的测量。3.由于光纤体积小，可应用于一些剂量计无法进入的环境。

磷硼酸盐玻璃应用于辐射剂量测量领域，具有易于生产，相对低的成本，适合容纳发光掺杂元素，组织等效等优点。通过对玻璃材料进行可控析晶的热处理制备出兼具玻璃和陶瓷优势于一身的玻璃陶瓷材料，拥有优异的物理和化学性能，良好的光学性质。此外，制备的磷硼酸盐玻璃陶瓷材料灵敏度高，剂量响应范围宽(0.01-1000Gy)。可以应用于个人剂量计、环境剂量计、医学剂量计等，是应用于辐射剂量检测理想的光激励发光材料。

发明内容