鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃及其制備方法，通過原料的混合、熔制、成形、退火及后加工制備而得，在閃爍玻璃中，Ce3+離子及Gd3+離子作為敏化劑，將吸收的能量傳遞給Tb3+，增加了閃爍玻璃的發(fā)光強度；Ce2O3和Bi2O3的加入，不僅增加了閃爍玻璃的密度，而且降低了衰減時間。制備的閃爍玻璃密度可達6.5g/cm3以上，對高能射線的截止本領強。制備方法簡單，具有發(fā)光強度高，密度大等優(yōu)點，適于工業(yè)化生產。
【專利說明】鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種閃爍玻璃，具體涉及一種鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃及其制備方法。
【背景技術】
[0002]閃爍材料是將高能光子或粒子的電離能轉化為紫外及可見光的發(fā)光材料，閃爍玻璃指能將X射線、Y射線或其他高能粒子轉變?yōu)榭蓪⒐獾姆蔷B(tài)材料，能將高能粒子轉化為可見光并傳輸?shù)脚c其耦合的光電轉換器件上，通過處理后得到重建的圖像，可做成探測器，廣泛應用于高能物理、醫(yī)學影像診斷、工業(yè)探傷、安全檢查等。
[0003]作為閃爍材料，應具有以下特點:(1)在高能射線下具有高的發(fā)光強度，將高能射線的能量有效的轉化為熒光；(2)具有高的光學均勻性及穩(wěn)定的物理化學性能，以提高統(tǒng)的靈敏度及成像質量；(3)具有較大的密度，提高對射線的截止能力；(4)高的衰減速率，可避免兩次事件圖像的重疊。目前具有高發(fā)光效率、高阻擋射線本領和高響應速度的閃爍材料具有廣泛的應用，且隨著相關技術的發(fā)展，其應用領域不斷的拓寬，對閃爍材料的需求量及尺寸也不斷的增大。
[0004] 傳統(tǒng)的閃爍材料主要為Ce3+離子激活的鹵化物、BG0, PbffO4等閃爍晶體。閃爍晶體具有優(yōu)良的性能，但極其容易潮解、制備工藝復雜且難于形成較大的尺寸，使其在大體積的電磁量能器上的應用受到限制。相對于閃爍晶體，非晶態(tài)的閃爍玻璃具有良好的穩(wěn)定性，且易于制成各種形狀及尺寸。目前閃爍玻璃主要包括以下幾類:(I)以SnO2(—種閃爍玻璃及其制備方法，CN101602571A)、Ζη0(—種快速閃爍玻璃及其制備方法，CN1526673A)等為發(fā)光中心，發(fā)光強度低；(2)使用重金屬離子(含鉛氟氧化物閃爍玻璃及其制備方法，CN102775063A)，增加了環(huán)境的風險性；(3)采用稀土離子Ce3+、Gd3+、Tb3+、Pr3+等的硅酸鹽、硼酸鹽、氟氧化物玻璃等(一種稀土磷酸鹽閃爍玻璃及其制備方法，CN103319087A ；一種閃爍玻璃的制備方法，CN102153280A ;一種摻Pr3+高密度閃爍玻璃及其制備方法，CN101318773A ;稀土摻雜的氟氧碲酸鹽閃爍玻璃及其制備方法，CN101913767A)，雖然添加稀土離子可以提高發(fā)光效率，但是由于濃度猝滅效應，使其的含量受到限制，一般小于30mol%，且一般的閃爍玻璃密度小于6.0g/cm3。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃及其制備方法，該方法制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的發(fā)光效率高，并且密度大。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃由按照摩爾百分比為I~6%的GeO2UO~20%的民03、5~20%的SiO2UO~40%的Tb203、l~10%的Ce2O3>5 ~15%的 Gd203、5 ~20%的 Bi203、5 ~IOmol%的 Ga203、0 ~5%的 Ba0、0 ~5%的ZnO,O~5%的TiO2及O~5%的ZrO2的原材料制作而成。[0007]相應的，本發(fā)明還提供了一種鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)按摩爾百分比稱取I~6%的GeO2UO~20%的B203、5~20%的Si02、10~40% 的 Tb203、l ~10% 的 Ce203、5 ~15% 的 Gd203、5 ~20% 的 Bi203、5 ~IOmol % 的 Ga203、O~5%的Ba0、0~5%的Ζη0、0~5%的TiO2及O~5%的ZrO2,混合均勻后，得混合物；
[0009]2)將步驟I)得到的混合物加入到1400~1450°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以10~15°C /min的升溫速率升至1500~1550°C，保溫后，得玻璃液；
[0010]3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯；
[0011]5)將玻璃毛坯進行切割及拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
[0012]步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
[0013]步驟2)中的保溫時間為I~2h。
[0014]步驟3)中所述模具的預熱溫度為200~300°C。
[0015]步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于600~700°C的退火爐中保溫4~8h。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃及其制備方法以Tb3+離子、Ce3+離子及Gd3+離子為原材料，通過將Ce3+離子及Gd3+離子吸收的能量傳遞給Tb3+離子，增加了閃爍玻璃的發(fā)光強度，同時加入Ce2O3和Bi2O3，從而增加了閃爍玻璃衰減速率。另外，通過加入了 Ce203、Gd203、Tb203、Bi203及Ga2O3來增加鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃截止能力，通過本發(fā)明制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃發(fā)光強度高，密度可達6.5g/cm3以上，對高能射線的截止能力強，同時該制備方法制備過程簡單，適于工業(yè)化生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明第一實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的發(fā)光光譜圖；
[0019]圖2為本發(fā)明第三實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的發(fā)光光譜圖；
[0020]圖3為本發(fā)明第五實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的發(fā)光光譜圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0022]實施例一
[0023]本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃由按照摩爾百分比為6%的Ge02、20% 的 B203、5% 的 SiO2'10% 的 Tb203、8% 的 Ce2O3'13% 的 Gd203、20% 的 Bi203、5% 的Ga2O3、2 %的BaO、I %的ZnO、5 %的TiO2及5 %的ZrO2的原材料制作而成。
[0024]相應的，本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟:[0025]I)按摩爾百分比稱取 6% 的 Ge02、20% 的 B203、5% 的 SiO2'10% 的 Tb203、8% 的Ce2O3> 13 % 的 Gd203、20 % 的 Bi203、5 % 的 Ga203、2 % 的 BaO、I % 的 Zn0、5 % 的 TiO2 及 5 % 的ZrO2，混合均勻后，得混合物；
[0026]2)將步驟I)得到的混合物加入1420°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以10°C /min的升溫速率升至1510°C，保溫后，得玻璃液；
[0027]3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯；
[0028]4)將玻璃毛坯進行切割機拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
[0029]步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
[0030]步驟2)中的保溫時間為Ih。
[0031]步驟3)中所述模具的預熱溫度為300°C。
[0032]步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于640°C的退火爐中保溫7h。
[0033]圖1為實施例1制備的閃爍玻璃的發(fā)光光譜；橫坐標代表波長(nm),縱坐標代表相對發(fā)光強度(a.u. )，經檢測本實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的密度為
6.3g/cm3。
[0034]實施例二
[0035]本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃由按照摩爾百分比為5%的GeO2'15% 的 B203、20% 的 SiO2,20% ^ Tb2O3'10% 的 Ce203、5% 的 Gd203、8% 的 Bi203、5% 的Ga203、5%的Ba0、2%的ZnO及5%的TiO2的原材料制作而成。
[0036]相應的，本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0037]I)按摩爾百分比稱取 5% 的 Ge02、15% 的 B203、20% 的 SiO2,20% ^ Tb203、10% 的Ce203、5% 的 Gd203、8% 的 Bi203、5% 的 Ga203、5% 的 Ba0、2% 的 ZnO 及 5% 的 TiO2,混合均勻后，得混合物；
[0038]2)將步驟I)得到的混合物加入1400°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以12°C /min的升溫速率升至1500°C，保溫后，得玻璃液；
[0039]3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯；
[0040]4)將玻璃毛坯進行切割機拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
[0041]步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
[0042]步驟2)中的保溫時間為2h。
[0043]步驟3)中所述模具的預熱溫度為250°C。
[0044]步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于680°C的退火爐中保溫5h。
[0045]經檢測本實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的密度為6.2g/cm3。
[0046]實施例三
[0047]本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃由按照摩爾百分比為6%的GeO2UO % ^ B2O3,15%的 Si02、35% 的 Tb203、l% 的 Ce203、5% 的 Gd203、15% 的 Bi203、10% 的Ga2O3> I %的BaO及2%的TiO2的原材料制作而成。
[0048]相應的，本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0049]I)按摩爾百分比稱取 6% 的 Ge02、10% 的 B2O3,15% 的 Si02、35 % 的 Tb203、I % 的Ce203、5% 的 Gd2O3' 15% 的 Bi2O3' 10% 的 Ga203、I % 的 BaO 及 2% 的 TiO2,混合均勻后，得混合物；
[0050]2)將步驟I)得到的混合物加入1450°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以15°C /min的升溫速率升至1550°C，保溫后，得玻璃液；
[0051]3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯；
[0052]4)將玻璃毛坯進行切割機拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
[0053]步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
[0054]步驟2)中的保溫時間為1.7h。
[0055]步驟3)中所述模具的預熱溫度為300°C。
[0056]步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于700°C的退火爐中保溫8h。
[0057]圖2為實施例3制備的閃爍玻璃的發(fā)光光譜；橫坐標代表波長(nm),縱坐標代表相對發(fā)光強度(a.u.)。經檢測本實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的密度為
6.8g/Cm30
[0058]實施例四
[0059]本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃由按照摩爾百分比為I %的GeO2UO% ^ B2O3>20% ^ Si02、25% 的 Tb203、8% 的 Ce203、12% 的 Gd203、15% 的 Bi203、6% 的Ga203、I %的TiO2及2%的ZrO2的原材料制作而成。
[0060]相應的，本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0061]I)按摩爾百分比稱取1%的6602、10%的民03、20%的Si02、25 %的Tb203、8 %的Ce2O3、12% 的 Gd2O3' 15% 的 Bi203、6% 的 Ga2O3、I % 的 TiO2 及 2% 的 ZrO2,混合均勻后，得混合物；
[0062]2)將步驟I)得到的混合物加入1440°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以13°C /min的升溫速率升至1530°C，保溫后，得玻璃液；
[0063]3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯；
[0064]4)將玻璃毛坯進行切割機拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
[0065]步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
[0066]步驟2)中的保溫時間為1.5h。
[0067]步驟3)中所述模具的預熱溫度為200°C。
[0068]步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于700°C的退火爐中保溫4h。
[0069]經檢測本實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的密度為6.6g/cm3。[0070]實施例五
[0071]本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃由按照摩爾百分比為3%的Ge02、16% 的 B203、10% 的 Si02、30% 的 Tb203、2% 的 Ce203、15% 的 Gd203、10% 的 Bi203、8% 的Ga2O3、I %的BaO、2%的ZnO及3%的TiO2的原材料制作而成。
[0072]相應的，本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0073]I)按摩爾百分比稱取3%的6602、16%的民03、10%的Si02、30 %的Tb203、2 %的Ce2O3> 15% 的 Gd2O3' 10% 的 Bi203>8% 的 Ga2O3、I % 的 BaO、2% 的 ZnO 及 3% 的 TiO2,混合均勻后，得混合物；
[0074]2)將步驟I)得到的混合物加入1450°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以13°C /min的升溫速率升至1540°C，保溫后，得玻璃液；
[0075]3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯；
[0076]4)將玻璃毛坯進行切割機拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
[0077]步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
[0078]步驟2)中的保溫時間為1.lh。
[0079]步驟3)中所述模具的預熱溫度為240°C。
[0080]步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于650°C的退火爐中保溫7h。
[0081]圖3為實施例5制備的閃爍玻璃的發(fā)光光譜；橫坐標代表波長(nm),縱坐標代表相對發(fā)光強度(a.u.)。經檢測本實施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的密度為
6.7g/cm3。
[0082]實施例六
[0083]本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃由按照摩爾百分比為2%的GeO2、18 % 的 B2O3' 10 % 的 SiO2、40 % 的 Tb2O3' I % 的 Ce2O3'5 % 的 Gd2O3'5 % 的 Bi2O3' 10 % 的Ga203、3%的Ba0、5%的ZnO及1%的ZrO2的原材料制作而成。
[0084]相應的，本發(fā)明所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0085]I)按摩爾百分比稱取2%的6602、18%的民03、10%的Si02、40 %的Tb203、I %的Ce2O3>5 % 的 Gd2O3' 5 % 的 Bi2O3' 10 % 的 Ga2O3' 3 % 的 BaO、5 % 的 ZnO 及 I % 的 ZrO2,混合均勻后，得混合物；
[0086]2)將步驟I)得到的混合物加入1430°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以15°C /min的升溫速率升至1520°C，保溫后，得玻璃液；
[0087]3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯；
[0088]4)將玻璃毛坯進行切割機拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
[0089]步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
[0090]步驟2)中的保溫時間為1.6h。
`[0091]步驟3)中所述模具的預熱溫度為280°C。[0092]步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于600°C的退火爐中保溫8h。
[0093]經檢測本實 施例制備的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的密度為6.5g/cm3。
【權利要求】
1.一種鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃，其特征在于，由按照摩爾百分比為I~6%的 GeO2'10 ~20%的 B2O3>5 ~20%的 SiO2UO ~40%的 Tb2O3U ~10%的 Ce203、5 ~15%的 Gd203、5 ~20%的 Bi203、5 ~IOmol%的 Ga203、0 ~5%的 Ba0、0 ~5%的 Ζη0、0 ~5%的TiO2及O~5%的ZrO2的原材料制作而成。
2.—種鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按摩爾百分比稱取I~6%的GeO2UO~20%的B203、5~20%的Si02、10~40%的 Tb203、l ~10% 的 Ce203、5 ~15% 的 Gd203、5 ~20% 的 Bi203、5 ~IOmol % 的 Ga203、0 ~5%的Ba0、0~5%的Ζη0、0~5%的TiO2及O~5%的ZrO2,混合均勻后，得混合物； 2)將步驟I)得到的混合物加入到1400~1450°C的坩堝中，然后將混合物的溫度以10~15°C /min的升溫速率升至1500~1550°C，保溫后，得玻璃液； 3)將步驟2)得到的玻璃液放置到預熱后的模具中成形，成形后放置于退火爐中保溫，然后再隨爐冷卻至室溫，得玻璃毛坯； 4)將玻璃毛坯進行切割及拋光后，得鋱離子激活的高發(fā)光強度的閃爍玻璃。
3.根據權利要求2所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述混合物的均勻度大于98%。
4.根據權利要求2所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述保溫的保溫時間為I~2h。
5.根據權利要求2所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述模具的預熱溫度為200~300°C。
6.根據權利要求2所述的鋱離子激活的高發(fā)光強度閃爍玻璃的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述成形后置于退火爐中保溫的具體操作為成形后置于600~700°C的退火爐中保溫4~8h。`
【文檔編號】C03C4/12GK103723920SQ201310653496
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權日:2013年12月4日
【發(fā)明者】殷海榮, 劉盼, 郭宏偉, 吳陽, 李艷肖, 李思源, 莫祖學, 董繼先 申請人:陜西科技大學