一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，所述闪烁玻璃的组成按重量百分比包括：SiO

【技术实现步骤摘要】
一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃及其制备方法
本专利技术涉及闪烁玻璃的
，尤其涉及一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃及其制备方法。
技术介绍
闪烁材料是一种将高能粒子(如电子、强子、质子等)和高能射线(如X射线、β射线等)转化为紫外或者可见光的材料。在过去的几十年里，用于高能物理实验、安检、工业无损检测、地球物理勘探、放射性探测和医疗诊断成像的闪烁材料的数量有着巨大的增长。随着各个行业的发展，对闪烁材料在应用上的性能要求也不断提高，例如：要求高密度、高光产额、短荧光寿命、耐辐照等，同时，考虑到不同的应用场景，以及成本问题，新型闪烁材料必须提到日程上来。没有一种材料对所有的应用都是优越的，在大多数情况下，为了寻求理想的闪烁材料，经常采取改善闪烁材料一个或多个性能的方法。目前，闪烁玻璃具有制备过程简单，组分易于调整，基质均匀性好，各向同性，加工方便，成本低廉，易于实现大批量、大尺寸工业化生产等优点，是一种非常有潜力的闪烁材料。这其中，稀土离子掺杂的玻璃材料的应用领域非常广泛，并且已经在光电器件的很多应用上取得了很大的成就。在稀土元素中，Tb3+离子可以在不同的玻璃基质中均表现出较强的绿光发射，已被用于开发高效的闪烁玻璃材料。Tb3+离子激活的硅酸盐闪烁玻璃具有发光强度高、化学性能稳定和透明性好等优点，发光峰处于人眼最敏感的544nm附近，与电荷耦合器件(CCD)的工作范围(500-700nm)能够很好的匹配，在X射线医学成像、金属探伤等领域有着很好的应用前景。但Tb3+离子的发光属于4f-4f之间的跃迁，荧光衰减时间较长(毫秒级)，仅适合用于慢速事件的探测。Ce3+离子是稀土离子中快速闪烁玻璃的主要代表，发射时间较短，达到了纳秒级，并且Ce3+离子在蓝光区域还有很好的发光。Ce3+离子因为具有衰减快、荧光效率高、与光敏器件耦合好等优点，有望成为Tb3+共掺闪烁玻璃的主选元素。虽然Ce3+离子本身可以敏化Tb3+离子发光，但是在实际Ce3+/Tb3+共掺的玻璃中，Ce3+离子容易在熔融过程中团簇而产生浓度猝灭的影响，其发光效果并不理想。
技术实现思路
基于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃及其制备方法，所述闪烁玻璃具有化学稳定性好、闪烁光发光效率高，可用于制备闪烁光纤面板的优点。本专利技术提出的一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，其组成按重量百分比包括：SiO2：45-60％、BaO：15-25％、Bi2O3：5-15％、Al2O3：1-5％、La2O3：1-5％、Sb2O3：0.5-1.5％、Tb2O3：5-15％；所述Bi2O3为掺杂有Ce3+离子的Bi2O3。优选地，所述掺杂有Ce3+离子的Bi2O3中Ce3+离子的掺杂量为1-10wt％。优选地，所述掺杂有Ce3+的Bi2O3是通过下述方法制备得到：将硝酸铋Bi(NO3)3和硝酸铈Ce(NO3)3在乙二醇中进行水热反应，再进行煅烧，即得到所述掺杂有Ce3+离子的Bi2O3；优选地，硝酸铋Bi(NO3)3和硝酸铈Ce(NO3)3的质量比为1:0.01-0.15。优选地，所述水热反应的温度为150-170℃，时间为6-12h；所述煅烧的温度为500-700℃，时间为1-3h。优选地，所述闪烁玻璃的组成按重量百分比包括：SiO2：53％、BaO：20％、Bi2O3：10％、Al2O3：3％、La2O3：3％、Sb2O3：1％、Tb2O3：10％。优选地，所述闪烁玻璃的密度为5.0-6.0g/cm3。本专利技术提出一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃的制备方法，包括：(1)将SiO2、BaCO3、Bi2O3、Al2O3、La2O3、Sb2O3和Tb4O7作为原始原料按所述闪烁玻璃的组成称取后，研细混匀，得到玻璃配料；(2)将所述玻璃配料进行熔制，熔制温度为1200-1400℃，在熔制温度下保温0.5-2h，得到玻璃熔体；(3)将所述玻璃熔体在预热模具上浇铸成型，再进行退火，即得到所述闪烁玻璃。优选地，所述预热模具的温度为200-300℃。优选地，所述退火温度为400-600℃，时间为2-4h。本专利技术还提出一种闪烁光纤面板，其是由上述闪烁玻璃制备而成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)玻璃基质中加入掺杂有Ce3+离子的Bi2O3，Bi2O3作为网络中间体，一当面，使掺杂在其中的Ce3+能够均匀分散在玻璃基质中，避免了稀土离子团簇造成的发光猝灭，并使得Ce3+—Tb3+之间的能量迁移效率提高，提高稀土离子的发光强度；另一方面，Bi2O3能够显著提高玻璃密度，密度增加能够有效提高玻璃材料对高能射线的阻挡能力，进一步提升闪烁玻璃的闪烁性能。(2)本专利技术所述高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃的制备工艺简单、制备周期短、化学组分易调、易实现大尺寸、化学稳定性好。附图说明图1是实施例1和对比例1所述闪烁玻璃X射线激发的发射光谱图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术所述高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃中，以Tb3+和Ce3+为主要掺杂离子制备了一种稀土离子掺杂的铋硅酸盐闪烁玻璃。所述闪烁玻璃通过高温熔融工艺制备得到。所述闪烁玻璃包括玻璃基质和发光中心，玻璃基质为主要掺杂了BaO、Bi2O3、La2O3和Sb2O3的硅酸盐玻璃，发光中心为Ce3+/Tb3+的共掺杂离子。玻璃基质中，BaO可增加玻璃的折射率、密度、光泽和化学稳定性，降低玻璃的辐射长度，并且引入物BaCO3还能够提高玻璃的熔制速度；Bi2O3作为网络中间体，既能使得Ce3+均匀分散，又能增加玻璃的密度；La2O3对于Tb3+离子具有促进分散的作用，由此避免稀土离子团簇造成的发光猝灭；Sb2O3可以起到脱色作用，并且作为还原剂，保持稀土离子价态稳定。发光中心中，均匀分布的Ce3+离子可有效地将能量传递给Tb3+离子发光中心，提高发光效率的同时能够有效降低荧光寿命。以下示例性地说明本专利技术提供的高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃的制备方法。按照闪烁玻璃的组成称取SiO2原料、BaO原料、Bi2O3原料、Al2O3原料、La2O3原料、Sb2O3原料和Tb2O3原料，混合均匀，得到玻璃配料；其中BaO原料为BaCO3，Bi2O3原料为掺杂有Ce3+离子的Bi2O3，所有原料的纯度至少为分析纯。将玻璃配料在1200-1400℃下熔化、保温0.5-2个小时，得到玻璃熔体；再将玻璃熔体倒入预热至200-300℃的模具中，压制成玻璃；将得到的玻璃进行退火处理以消除内应力，退火温度可为400-600℃，退火时间可为2-4个小时，得到闪烁玻璃初品。上述闪烁玻璃初品经切割、表面研磨及抛光后加工成本专利技术所述的闪烁玻璃。实施例1本实施例的闪烁玻璃可以按照以下的方式制备而成：参照下表1中的玻璃组成，采用电子天平(精确到0.01g)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，其特征在于，所述闪烁玻璃的组成按重量百分比包括：SiO

【技术特征摘要】
1.一种高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，其特征在于，所述闪烁玻璃的组成按重量百分比包括：SiO2：45-60％、BaO：15-25％、Bi2O3：5-15％、Al2O3：1-5％、La2O3：1-5％、Sb2O3：0.5-1.5％、Tb2O3：5-15％；
所述Bi2O3为掺杂有Ce3+离子的Bi2O3。


2.根据权利要求1所述高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，其特征在于，所述掺杂有Ce3+离子的Bi2O3中Ce3+离子的掺杂量为1-10wt％。


3.根据权利要求2所述高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，其特征在于，所述掺杂有Ce3+的Bi2O3是通过下述方法制备得到：将硝酸铋Bi(NO3)3和硝酸铈Ce(NO3)3在乙二醇中进行水热反应，再进行煅烧，即得到所述掺杂有Ce3+离子的Bi2O3；
优选地，硝酸铋Bi(NO3)3和硝酸铈Ce(NO3)3的质量比为1:0.01-0.15。


4.根据权利要求2或3所述高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，其特征在于，所述水热反应的温度为150-170℃，时间为6-12h；所述煅烧的温度为500-700℃，时间为1-3h。


5.根据权利要求1-4任一项所述高密度铽/铈掺杂的闪烁玻璃，其特征在于，所述闪烁玻璃的组成按...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，楚学娟，王永丹，魏茂彬，杨丽丽，靳迦惠，夏一铭，梁珺，万起良，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22