一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体及其制备方法技术

本发明专利技术报道一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体及其制备方法，属于无机发光领域。首先，以SiO2，Al2O3，Si3N4，BaCO3，CaCO3，Eu2O3为原料，按照一定的化学计量比混合均匀，在CO还原气氛中高温熔融后得到基础玻璃。然后将基础玻璃经过高温热处理即可得到含有六方相Ba6.5Ca6.5Al22Si10O66晶体的微晶玻璃闪烁体。在X射线激发下，该微晶玻璃发出蓝色的光，在蓝光区域的强度强于商用CsI:Tl晶体。该微晶玻璃制闪烁体制备方法简单，闪烁发光强度高，因此在X射线探测与成像领域具有很好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机发光材料领域，涉及一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体。

技术介绍

[0002]闪烁体是一种能够吸收X射线能量，并将其转化成可见光的材料，在X射线成像、高能物理、辐射监测等领域扮演着重要的角色。如今，已经商用的闪烁体都是含有如Pb、Tl等具有毒性原料的晶体材料。这类闪烁体虽然性能优异，但是晶体材料制备过程复杂、制备周期长、原料具有毒性、化学稳定性较差的缺点也制约了其长远的发展。因此寻找一种性能能够媲美晶体材料、成本低且环境友好的闪烁体材料已经成为闪烁体研究的热点。
[0003]微晶玻璃作为一种新型的光学材料，它既拥有晶体材料优异的光学性能，又拥有玻璃材料制备简便、成本低、性能稳定等优点。几年来已经报道了许多微晶玻璃闪烁体材料，但都是基于掺Tb
3+
、Eu
3+
离子的氟氧微晶玻璃，其荧光寿命长(毫秒量级)的特点限制了其进一步的实际应用。因此，开发一种荧光寿命短、闪烁发光强的微晶玻璃闪烁体对于实际应用是非常有意义的。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体及其制备方法，具体是通过设计玻璃组分，获得钙钡铝硅酸盐基础玻璃，再将基础玻璃进行高温热处理，从而在玻璃中原位析出Eu
2+
：Ba
6.5
Ca
6.5
Al
22
Si
66
O
10
晶体。在365nm的紫外光或X射线激发下发出对应于Eu
2+
：4f
‑
5d跃迁的蓝光。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体，以钙钡铝硅酸盐玻璃为基础玻璃，通过高温热处理，在玻璃中析出Eu
2+
：Ba
6.5
Ca
6.5
Al
22
Si
66
O
10
晶体。
[0007]作为优选，以Eu
2+
作为发光中心离子，取代相同化合价的Ba
2+
或Ca
2+
进入晶相。
[0008]进一步的，为了得到Eu
2+
，以Eu2O3作为原料，在装有碳粉的坩埚中获得CO还原环境，从而将Eu
3+
还原成Eu
2+
。
[0009]进一步的，通过差热曲线分析玻璃的热力学性能，确定其析晶温度，在析晶温度附近以合适的析晶时间进行热处理，得到二价铕离子掺杂微晶玻璃。
[0010]一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体的制备方法，依次包括如下步骤：
[0011](1)配料：按照摩尔百分比，称取原料SiO2(35～55％)、Al2O3(5～15％)、CaCO3(15～25％)、BaCO3(15～25％)、Si3N4(5～10％)与Eu2O3(0.05～1％)，总质量为20
‑
40克，其中CaCO3与BaCO3的摩尔比例相同，并在玛瑙研钵中研磨30
‑
60分钟，使各种原料充分混合均匀；
[0012](2)熔制：将混合均匀的原料倒入30毫升的氧化铝坩埚中，再将其放入装有碳粉的500毫升大坩埚中，然后放入1550～1620℃的升降炉中熔融3～4小时；
[0013](3)成型退火：将熔融的玻璃液倒入预热300℃的磨具中淬冷获得块状玻璃，并快速转移到750
‑
800℃的马弗炉中退火5
‑
7小时。
[0014](4)热处理：将退火后的基础玻璃在1020
‑
1080℃的马弗炉中热处理4
‑
6小时，冷却后即可得到一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体。
[0015]采用上述技术方案的一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体，通过热处理在玻璃中析出Eu
2+
：Ba
6.5
Ca
6.5
Al
22
Si
66
O
10
晶体，Eu
2+
通过取代相同化合价的Ba
2+
或Ca
2+
进入晶相，使得微晶玻璃在365纳米的紫外光或X射线的激发下能够发射出蓝色的光。主要创新点如下：其一，原料中加入Si3N4，调控产物的析晶过程，获得纯相；其二，采用高温热处理技术，在玻璃中原位析出Eu
2+
：Ba
6.5
Ca
6.5
Al
22
Si
66
O
10
晶体，这是首次报道在玻璃中原位析出该晶体，并用于闪烁体领域；其三，在X射线(管电压50kV，管电流200μA)激发下，其蓝光区域的积分强度优于商用CsI:Tl晶体；其四，此微晶玻璃的制备方法简单，不需要严苛晶体生长环境，可以大批量制备。
附图说明
[0016]图1：实施例1中微晶玻璃的XRD图；
[0017]图2：实施例1中Eu
2+
掺杂浓度为0.2％的玻璃与微晶玻璃的紫外激发与发射光谱；
[0018]图3：实施例1中不同Eu
2+
掺杂浓度的微晶玻璃的发射光谱；
[0019]图4：实施例1中Eu
2+
掺杂浓度为0.2％的玻璃与微晶玻璃的X射线激发光谱；
[0020]图5：实施例1中Eu
2+
掺杂浓度为0.2％的微晶玻璃的荧光寿命；
[0021]图6：实施例1中Eu
2+
掺杂浓度为0.2％的微晶玻璃与商用CsI:Tl晶体的X射线激发光谱；
[0022]图7：对比例1与实施例1中微晶玻璃的X射线激发光谱。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利做进一步的说明。
[0024]实施例1
[0025]首先，按照摩尔组分：40SiO2‑
10Al2O3‑
23BaCO3‑
22CaCO3‑
5Si3N4‑
(0.05
‑
1)Eu2O3称取总量为30克所需的SiO2，Al2O3，CaCO3，CaCO3，Si3N4，Eu2O3原料，并在玛瑙研钵中研磨40分钟，使各种原料充分混合均匀。将混合均匀的原料倒入30毫升的氧化铝坩埚中，再将其放入装有碳粉的500毫升大坩埚中，然后一起放入1580℃的升降炉中熔融4小时。待熔融结束，将玻璃液倒入预热300℃的磨具中淬冷获得块状玻璃，并快速转移到780℃的马弗炉中退火6小时。最后，将退火后的基础玻璃在1050℃的马弗炉中热处理5小时，冷却后即可得到一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体。
[0026]本实施例中，一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体的XRD图，如图1所示，产物为纯相。Eu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体，其特征在于，该微晶玻璃组分的摩尔百分比组成为：原料摩尔百分比(mol％)SiO235～55％Al2O35～15％CaCO315～25％BaCO315～25％Si3N45～10％Eu2O30.05～1％2.根据权利要求1所述的一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体，其特征在于微晶玻璃中析出的晶体为六方相Eu
2+
:Ba
6.5
Ca
6.5
Al
22
Si
66
O
10
。3.根据权利要求2所述的一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体，其特征在于在此玻璃体系掺入的Eu
2+
取代Ba
2+
或Ca
2+
作为发光中心进入晶相。4.根据权利要求3所述的一种二价铕离子掺杂微晶玻璃闪烁体，其特征在于在365nm的紫外光或X射线激发下发出对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷磊，徐时清，赵静涛，邓德刚，张军杰，华有杰，叶仁广，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：