一种高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法技术

本申请公开了一种高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法，属于光学材料领域，该碲酸盐玻璃的组成及配比为：TeO

A high density tellurite scintillation glass and its preparation

The application discloses a high density tellurite scintillating glass and a preparation method thereof, belonging to the field of optical materials. The composition and ratio of the tellurite glass are: Teo

【技术实现步骤摘要】
一种高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法
本专利技术涉及闪烁材料
具体来说，本专利技术涉及稀土离子掺杂的高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法。
技术介绍
闪烁体是一种在吸收高能射线后发出可见光或近紫外光的光功能转换材料，其在高能物理、核物理、天体物理、地球物理、工业探伤、医学成像和安全检测等领域都得到了广泛应用。闪烁玻璃因其具有化学组份易调、光学均匀性好、容易实现大尺寸以及制备方法简单等优点有望取代商用闪烁晶体。闪烁玻璃的更大优势在于可拉制成光纤并制作光纤面板，进而提高对高能射线的探测效率和器件成像分辨率。因此，玻璃闪烁体已经发展成为闪烁材料的一个重要分支。高光产额和高密度是优秀闪烁体的两个重要特征，因为高密度闪烁体具有高的阻止本领和短的辐照长度，这有利于工程(仪器)小型化从而降低建造成本，而高发光强度有利于提高探测灵敏度和图像分辨率。故高密度闪烁体在高能物理和核医学成像中具有重要的应用价值，因此开发价格合理的高密度闪烁玻璃越来越受到科研工作者的关注。目前高密度闪烁玻璃体系主要限制于硼硅酸盐、锗酸盐、硼锗酸盐、碲酸盐和铅铋酸盐玻璃等种类。硼硅酸盐、锗酸盐、硼锗酸盐等闪烁玻璃因富含稀土离子化合物而密度高达6.5g/cm3以上。如专利申请号为201410249441.5，名称为“一种稀土离子掺杂高密度氟氧硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法”的专利中公开了具有较高辐射发光强度且密度高达6.75g/cm3的新型氟氧硼锗酸盐闪烁玻璃。如专利公开号为201810801477.8，名称为“一种超高密度硼锗碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法”的专利就公布了一种密度突破7.0g/cm3的硼锗碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法。但上述闪烁玻璃含有大量昂贵的稀土化学试剂，最高达到55mol％，这样极大地增加了闪烁玻璃的制备成本，而且也需要超过1500℃的熔制温度，急剧地增加了闪烁玻璃的原料成本及生产所需要的能耗，不利于降低闪烁玻璃的性价比，有可能进一步限制其规模应用。如专利公开号为CN1087066A，名称为“高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃”的专利技术专利就公开了以PbO，Bi2O3为主要成分，余量为玻璃形成体氧化物组份，发光中心为Pb2+和Bi3+的高密度闪烁玻璃。因该闪烁玻璃含有50-70mol％PbO，其玻璃密度很容易达到7.5-8.1g/cm3密度范围。如专利公开号为CN102775063A，名称为“含铅氟氧化物闪烁玻璃及其制备方法”的专利技术专利就公开了以PbF2、PbO、SiO2或WO3为主要成分，以Tb3+离子为激活剂的闪烁玻璃，闪烁玻璃中含有30-65mol％PbF2和3-20mol％PbO，确保了其密度高于6.0g/cm3。但这类铅铋酸盐闪烁玻璃中因含有对人体和环境极为不友好的铅元素，而且这类闪烁玻璃辐射发光效率很低，因而其实际应用也面临极大地挑战。碲酸盐玻璃因具有物化稳定性好，成纤性能好、三阶非线性系数高、色散效率小等优点而广泛应用于不同波段的光通讯领域。近年来，碲酸盐玻璃由于较高密度、较低熔点以及非常低的声子能量等优势，而被应用于发光材料领域。如专利公开号为CN106630604A，名称为“一种低熔点碲酸盐玻璃陶瓷制备方法及其应用”的专利中公开了一种熔制温度为500-600C，且能直接与商用YAG：Ce3+荧光粉复合成发白光LED用的玻璃陶瓷，极大地简化了玻璃陶瓷的制备技术。专利公开号为CN10854931A，名称为“一种掺杂稀土Eu3+的碲酸盐荧光玻璃材料及其制备方法”的专利中公开了LED用发光白光玻璃，利用碲酸盐玻璃的低熔点性能，将商用YAG：Ce3+掺杂与该碲酸盐玻璃优化获得高效白光LED复合材料。作为高能射线探测用的碲酸盐闪烁玻璃，最近也获得了研究者的青睐。如专利公开号为CN101913767A、CN102584013A、CN102584014A，名称为“稀土掺杂的氟氧磅酸盐闪烁玻璃及其制备方法”的专利技术专利就公开了一种以碲酸盐玻璃作为基础玻璃的闪烁玻璃及其制备方法。但该碲酸盐闪烁玻璃原料中含有对人体以及环境极不友好的铅元素，以及含有接近25％的氟元素,降低了玻璃的机械强度。再如专利公开号为CN107759079A，名称为“一种Eu3+掺杂碲酸盐高密度闪烁玻璃及其制备方法”的专利就公开报道了以TeO2、Lu2O3和ZnO为主要原料的碲酸盐闪烁玻璃基质，优化后的Eu3+掺杂碲酸盐闪烁玻璃密度低于6.05g/cm3，光产额约为6％BGO，这极大地推动了碲酸盐闪烁玻璃的实际应用。(ZhaoJT,etal.LuminescentpropertiesofEu3+dopedheavytelluritescintillatingglasses.JournalofLuminescence,205(2019)342-345)
技术实现思路
在所报道的碲酸盐闪烁玻璃中，都没有披露以非常重要的玻璃网络形成体TeO2为载体，通过控制重金属稀土氧化物Lu2O3、Gd2O3和非稀土氧化物WO3等网络修饰体的含量，进而确保碲酸盐玻璃的形成及较高的发光效率。首先，TeO2具备较低的声子能量，这有利于提高闪烁玻璃的辐射跃迁几率进而提高其发光效率。其次，重金属稀土氧化Gd2O3、Lu2O3和非稀土氧化WO3密度很大，有利于提高闪烁玻璃的密度，而且Gd2O3还可以有效敏化激活剂的功能。最后，我们优化网络形成体TeO2、重金属稀土氧化物Lu2O3、Gd2O3和非稀土氧化物WO3等之间的玻璃组份，确保能够在低于1000℃的熔制温度下制备出碲酸盐闪烁玻璃，有利于降低玻璃的制备成本。基于上述考虑，专利技术人特提出一种高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法，以推进闪烁玻璃的实用化进程。本专利技术之目的在于提供一种高密度碲酸盐闪烁玻璃，这里所述的高密度，是指玻璃最高密度可超过5.0g/cm3，最高可达6.5g/cm3。具体来说，就是以重金属氧化物TeO2为网络形成体，通过控制稀土氧化物Lu2O3、Gd2O3和非稀土氧化物WO3等作为网络修饰体的含量，在低于1000℃的温度下制备出密度高达可达6.5g/cm3的碲酸盐闪烁玻璃。本申请之目的还在于提供一种制备高密度碲酸盐闪烁玻璃的方法。为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：在第一方面中，本申请提供一种高密度碲酸盐闪烁玻璃，其特征在于，该闪烁玻璃的原料包括以下组分：TeO2：25-100mol％；Gd2O3：0-17.5mol％；Lu2O3：0-17.5mol％；WO3：0-60mol％；以及稀土离子激活剂；其中，TeO2、Gd2O3、Lu2O3和WO3四种组分之和为100mol％；其中，所述稀土离子激活剂的外掺和或内掺浓度为TeO2、Gd2O3、Lu2O3和WO3四种组分之和的0.1-16mol％。在第一方面的一种实施方式中，该闪烁玻璃的原料包括以下组分：TeO2：60-100mol％；Gd2O3：0-16mol％；Lu2O3：0-16mol％；WO3：0-20mol％；以及稀土离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高密度碲酸盐闪烁玻璃，其特征在于，该闪烁玻璃的原料包括以下组分：/nTeO

【技术特征摘要】
1.一种高密度碲酸盐闪烁玻璃，其特征在于，该闪烁玻璃的原料包括以下组分：
TeO2：25-100mol％；
Gd2O3：0-17.5mol％；
Lu2O3：0-17.5mol％；
WO3：0-60mol％；以及
稀土离子激活剂；
其中，TeO2、Gd2O3、Lu2O3和WO3四种组分之和为100mol％；
其中，所述稀土离子激活剂的外掺和或内掺浓度为TeO2、Gd2O3、Lu2O3和WO3四种组分之和的0.1-16mol％。


2.如权利要求1所述的高密度碲酸盐闪烁玻璃，其特征在于，该闪烁玻璃的原料包括以下组分：
TeO2：60-100mol％；
Gd2O3：0-16mol％；
Lu2O3：0-16mol％；
WO3：0-20mol％；以及
稀土离子激活剂；
其中，TeO2、Gd2O3、Lu2O3和WO3四种组分之和为100mol％；
其中，所述稀土离子激活剂的外掺和或内掺浓度为TeO2、Gd2O3、Lu2O3和WO3四种组分之和的3-10mol％。


3.如权利要求1所述的高密度碲酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述稀土离子激活剂包括Dy3+、Tb3+和/或Eu3+离子。


4.如权利要求1-3中任一项所述的高密度碲酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1:按照闪烁玻璃组分精确...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙心瑗，周闽军，邓昌滨，王文峰，杨庆梅，
申请(专利权)人：井冈山大学，
类型：发明
国别省市：江西;36