含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜化学组成及其溶胶-凝胶制备方法，特点是其摩尔百分组成为：二氧化硅：75-78mol％、五氧化二磷：5-10mol％、三氧化二镓：3-8mol％、Ba2CsI5：6-11mol％、稀土碘化物：1-3mol％组成，稀土碘化物为碘化铈、碘化亚铕或碘化铽中的一种；优点是溶胶一凝胶是一种低温湿化学法玻璃制备技术，通过先驱体原料的水解与聚合化学反应过程来获得玻璃，因此在一定的液体粘度下可制备成薄膜材料，且低温的合成条件可有效地防止碘化物原料的分解与挥发。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含一种稀土离子掺杂微晶的玻璃薄膜，具体涉及一种用作闪烁材料的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜及其制备方法。
技术介绍
闪烁材料是一种在高能射线(如x射线、γ射线)或其它放射性粒子的激发下能够发出可见光的光功能材料，可被广泛应用于核医学诊断、安检、防恐、高能物理及地质勘探等领域。近几年来随着医学成像与安全检查等领域的快速发展，大量地需求高性能的新型闪烁材料。优秀的闪烁材料主要具备以下性能：发光效率高、材料密度大、荧光衰减快、抗辐射性能好以及生产成本低下等特征。就目前的闪烁材料而言，主要由单晶体与玻璃两种材料。闪烁单晶体通常具有耐辐照、快衰减、高光输出等优点，但其存在工艺制备复杂、成本价格昂贵以及大尺寸单晶体难获得等缺点。更有甚者，掺杂于单晶体中的稀土发光离子由于存在分凝现象，在晶体中的分布很不均匀，因此严重地影响其发光性能与材料的使用率。闪烁玻璃具备稀土掺杂均匀、成本低下、大尺寸玻璃易于制备、化学组分容易调节等特点，但通常其光输出、重复次数等方面性能劣于单晶体，因此其应用也受到严重限制。Ba2CsI5晶体是一种优异的闪烁基质材料，Ce3+掺杂的Ba2CsI5晶体具有异常高的光输出，好的能量分辨率，可应用在低能物理和安检、医学成像等领域中。Eu2+、Tb3+掺杂的Ba2CsI5晶体也具有高光输出、快衰减的特点，可用于荧光闪烁屏等领域。但Ba2CsI5晶体极易潮解、机械性能较差、易解理成片状、大尺寸晶体生长困难、价格昂贵等缺点影响了其实际应用。公告号为CN103951223A的专利技术专利，则公开了用高温融熔法制备SiO2-NaF-BaO-Ba2CsI5-LnI3与SiO2-NaF-BaO-Ba2CsI5-LnI2系统玻璃，然后通过在玻璃软化温度附近保温，析出稀土离子掺杂的Ba2CsI5微晶，制备成集玻璃与单晶体两者性能的稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶玻璃。但该方法存在以下无法克服的严重缺陷，第一：由于在高温下融熔制得，因此容易引起碘化物原料的分解与挥发；第二：通常制备的玻璃其化学组分和析晶保温温度的不完全均匀性，析出的微晶粒大小很不均匀，极易引起玻璃的失透；第三：在析晶过程中，稀土发光离子难进入Ba2CsI5的晶格位中，影响材料的发光效果。更有甚者，由于高温融熔法玻璃制备工艺的特点，生产的玻璃均为块体，不能得到薄膜态的材料。随着民用化的广泛普及，小型、集成化的闪烁器件是今后发展的必然之路。通常薄膜是制作该类器件的最合适原材料，因此目前的闪烁材料形态对今后器件的发展会产生较大的限制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种物化性能稳定、机械强度高、抗潮解性强、光学透过性高、微晶含量高，同时具有高的光输出、快衰减与好的能量分辨率和时间分辨率特性的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜及其制备方法，该薄膜物化性能良好，且制备方法具有设备简单、生产成本较低、操作方便、合成效率高，合成的玻璃薄膜中的微晶大小均匀、结晶度与稀土离子的掺杂浓度高。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其摩尔百分组成为：二氧化硅：75-78mol％、五氧化二磷：5-10mol％、三氧化二镓：3-8mol％、Ba2CsI5：6-11mol％、稀土碘化物：1-3mol％，其中稀土碘化物为碘化铈、碘化亚铕或碘化铽中的一种。所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其摩尔百分组成为：二氧化硅：75mol％、五氧化二磷：10mol％、三氧化二镓：8mol％、Ba2CsI5：6mol％、碘化铈：1mol％。所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其摩尔百分组成为：二氧化硅：78mol％、五氧化二磷：5mol％、三氧化二镓：3mol％、Ba2CsI5：11mol％、碘化亚铕：3mol％。所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其摩尔百分组成为：二氧化硅：76mol％、五氧化二磷：8mol％、三氧化二镓：5mol％、Ba2CsI5：9mol％、碘化铽：2mol％。所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜的制备方法，包括下列具体步骤：原料的准备：(1)、将制备原料按摩尔比：正硅酸乙酯∶磷酸三甲酯∶乙醇镓∶碘化钡∶碘化铯∶稀土碘化物＝75-78∶10-20∶6-16∶12-22∶6-11∶1-3，且碘化钡∶碘化铯的摩尔比为2∶1，稀土碘化物为碘化铈、碘化亚铕或碘化铽中的一种，分别称取分析纯的各制备原料，待用；凝胶的制备：(2)、磷酸三甲酯的水解：把步骤(1)中秤量的磷酸三甲酯溶解到无水乙醇中，无水乙醇与磷酸三甲酯的摩尔比为2.5∶1，快速加入乙酰丙酮，乙酰丙酮与磷酸三甲酯的体积比为0.7∶1，并进行强力磁力搅拌，逐步滴入蒸馏水，蒸馏水与磷酸三甲酯的摩尔比为0.5∶1，室温下进行水解反应1小时，制成溶液A；(3)、乙醇镓的水解：把步骤(1)中秤量的乙醇镓溶解到无水乙醇中，无水乙醇与乙醇镓的摩尔比为2.5∶1，快速加入乙酰丙酮，乙酰丙酮与乙醇镓的体积比为0.8∶1，并进行强力磁力搅拌，逐步滴入蒸馏水，蒸馏水与乙醇镓的摩尔比为0.5∶1，室温下进行水解反应1小时，制成溶液B；(4)、正硅酸乙酯的水解：把步骤(1)中秤量的正硅酸乙酯溶解到无水乙醇中，无水乙醇与正硅酸乙酯的摩尔比为2.5∶1，并进行强力磁力搅拌，逐步滴入蒸馏水，蒸馏水与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶1，并用浓硝酸调节溶液的pH值为4-5，室温下进行水解反应1小时，制成溶液C；(5)、将溶液A与B分别缓慢加入到溶液C中，充分混合搅拌后，再滴加一定量的蒸馏水，进行二次水解反应，蒸馏水与正硅酸乙酯、磷酸三甲酯、乙醇镓三者总和的摩尔比为0.5∶1，混合水解反应0.5小时后，制成溶液D；(6)、在溶液D中加入步骤(1)中秤量好的碘化钡、碘化铯与稀土碘化物各原料，在强烈搅拌下，水解反应2小时后，制成溶液E；(7)、将溶液E密封后静置1天，得到一定粘度的溶液F；薄膜的制备：(8)、将溶液F用浸渍提拉法(dip-coating)涂覆在洁净的玻璃基板上，玻璃基片在溶液F中的提拉速度控制在0.2-1毫米/秒，根据具体厚度要求可重复提拉1-5次，每次提拉间隔时间为15分钟，涂覆后的薄膜在室温下晾干4小时；薄膜的热处理：(9)、将步骤(8)制得的薄膜放置到炉子中，以每小时30-50℃的速率升温到100℃，保温1小时，以除去残余的水和乙醇，然后以每小时30-50℃的速率再升温炉子到340℃，保温20分钟，以除去薄膜中残本文档来自技高网...

【技术保护点】
含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其特征在于其摩尔百分组成为：二氧化硅：75‑78mol％、五氧化二磷：5‑10mol％、三氧化二镓：3‑8mol％、Ba2CsI5：6‑11mol％、稀土碘化物：1‑3mol％，其中稀土碘化物为碘化铈、碘化亚铕或碘化铽中的一种。

【技术特征摘要】
1.含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其特征在于其摩尔百分组成为：二氧化硅：
75-78mol％、五氧化二磷：5-10mol％、三氧化二镓：3-8mol％、Ba2CsI5：6-11mol％、稀土碘
化物：1-3mol％，其中稀土碘化物为碘化铈、碘化亚铕或碘化铽中的一种。
2.如权利要求1所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其特征在于其摩尔百
分组成为：二氧化硅：75mol％、五氧化二磷：10mol％、三氧化二镓：8mol％、Ba2CsI5：6mol％、
碘化铈：1mol％。
3.如权利要求1所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其特征在于其摩尔百
分组成为：二氧化硅：78mol％、五氧化二磷：5mol％、三氧化二镓：3mol％、Ba2CsI5：11mol％、
碘化亚铕：3mol％。
4.如权利要求1所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜，其特征在于其摩尔百
分组成为：二氧化硅：76mol％、五氧化二磷：8mol％、三氧化二镓：5mol％、Ba2CsI5：9mol％、
碘化铽：2mol％。
5.如权利要求1所述的含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜的制备方法，其特征在
于包括下列具体步骤：
(1)、将制备原料按摩尔比：正硅酸乙酯∶磷酸三甲酯∶乙醇镓∶碘化钡∶碘化铯∶稀土
碘化物＝75-78∶10-20∶6-16∶12-22∶6-11∶1-3，且碘化钡∶碘化铯的摩尔比为2∶1，稀土
碘化物为碘化铈、碘化亚铕或碘化铽中的一种，分别称取分析纯的各制备原料，待用；
(2)、磷酸三甲酯的水解：把步骤(1)中秤量的磷酸三甲酯溶解到无水乙醇中，无水乙
醇与磷酸三甲酯的摩尔比为2.5∶1，快速加入乙酰丙酮，乙酰丙酮与磷酸三甲酯的体积比为
0.7∶1，并进行强力磁力搅拌，逐步滴入蒸馏水，蒸馏水与磷酸三甲酯的摩尔比为0.5∶1，室温下
进行水解反应1小时，制成溶液A；
(3)、乙醇镓的水解：把步骤(1)中秤量的乙醇镓溶解到无水乙醇中，无水乙醇与乙醇
镓的摩尔比为2.5∶1，快速加入乙酰丙酮，乙酰丙酮与乙醇镓的体积比为0.8∶1，并进行强力磁
力搅拌，逐步滴入蒸馏水，蒸馏水与乙醇镓的摩尔比为0.5∶1，室温下进行水解反应1小时，
制成溶液B；
(4)、正硅酸乙酯的水解：把步骤(1)中秤量的正硅酸乙酯溶解到无水乙醇中，无水乙
醇与正硅酸乙酯的摩尔比为2.5∶1，并进行强力磁力搅拌，逐步滴入蒸馏水，蒸馏水与正硅酸
乙酯的摩尔比为1∶1，并用浓硝酸调节溶液的pH值为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯治刚，夏海平，盛启国，江东升，王成，张健，何仕楠，汤庆阳，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33