一种中子吸收光栅制作方法技术

本发明专利技术涉及一种中子吸收光栅制作方法，采用改变光栅表面颗粒层制作方式并加压实现，

【技术实现步骤摘要】
一种中子吸收光栅制作方法


[0001]本专利技术涉及一种制作中子吸收光栅的方法，属于中子相衬成像
、
中子吸收光栅和微纳加工

。

技术介绍

[0002]中子吸收光栅是中子相衬成像系统的关键光学元件，由于钆对中子有较高的吸收系数，所以通常选择钆或钆的氧化物作为中子的吸收材料制作吸收光栅
。
目前基于钆或氧化钆制作中子吸收光栅方法有：纯钆金属的倾斜蒸镀法
、
钆或氧化钆颗粒填充法和钆合金金属玻璃压印法
。
利用倾斜蒸镀法制作的吸收光栅槽内钆密度较高，但填充截面具有不规则形状，且不能完全填充光栅槽，适合低高宽比吸收光栅制作
。
金属玻璃压印法具有高产量
、
低成本
、
高效率的优点，但是在快速加热的条件下，硅光栅结构容易在压印中倒塌，造成光栅结构损伤
。
颗粒填充法可以通过颗粒的自由沉积来实现，工艺简单，通常使用浓度较低的颗粒溶液覆盖光栅表面使颗粒自由沉积到光栅槽内，但该方法制作的吸收光栅槽内颗粒间隙大，填充率低
。
[0003]已有的加压颗粒填充法基于颗粒自由沉积
(
例如中国专利申请号
202310129799.3)
，能够提高光栅槽内颗粒填充率，适合制作大尺寸
、
大周期的吸收光栅
。
该方法通过颗粒自由沉积在光栅表面覆盖颗粒层，之后将软材料覆盖在光栅表面，对软材料表面施加压力使材料变形，从而使槽内颗粒受到力的作用重新排列，多次加压填充使槽内颗粒间隙减小，填充率增加
。
但该方法每次加压填充前都需要颗粒自由沉积制作光栅表面的颗粒层，受限于颗粒自由沉积和颗粒载体溶液自然挥发的时间，加压颗粒填充间隔时间通常需要3到
10
小时，并且需要加压填充
10
次左右才能达到最大填充率，使用该方法制作中子吸收光栅周期相对较长和效率低
。

技术实现思路

[0004]本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种中子吸收光栅制作方法，改变光栅表面颗粒层制作方式，提高加压颗粒填充法制作吸收光栅的效率，从而提高整个加压制作吸收光栅的制作效率，实现中子吸收光栅的高效制作
。
[0005]本专利技术技术解决方案：
[0006]本专利技术提供一种中子吸收光栅制作方法，采用改变光栅表面颗粒层制作方式实现，具体如下：
[0007](1)
采用载体溶液浸润光栅，使光栅内形成润湿层；
[0008](2)
选择含钆元素的颗粒作为中子吸收材料，将所述颗粒在载体溶液中分散均匀，形成颗粒溶液，再将过量的颗粒溶液注入光栅中，使颗粒自由沉积填充光栅；
[0009](3)
待载体溶液挥发后，直接在光栅表面施加均匀向下的力，实现加压颗粒填充光栅；
[0010](4)
去除加压填充后光栅表面多余颗粒，将高浓度的颗粒溶液均匀旋涂在光栅表
面，载体溶液挥发并在光栅表面沉积一层过量颗粒，再次在光栅表面加压；
[0011](5)
重复步骤
(3)
和
(4)
，逐步增加颗粒填充率，直至颗粒填充率不变达到最大填充
。
[0012]可选地，所述步骤
(4)
中，高浓度的颗粒溶液为颗粒和载体溶液按照
1:4
‑
1:20
比例配制而成
。
[0013]可选地，所述步骤
(4)
中，所述均匀旋涂指使高浓度的颗粒溶液在光栅表面均匀分布，旋涂使用匀胶机，所述一层过量颗粒厚度为至少
30
微米
。
[0014]可选地，所述步骤
(2)
中，所述含钆元素的颗粒包括金属钆颗粒
、
氧化钆颗粒和氧硫化钆颗粒
。
[0015]可选地，所述步骤
(2)
中，所述颗粒溶液由颗粒和载体溶液以质量比
1:50
‑
1:200
配制，采用超声机使颗粒在载体溶液中分散均匀
。
[0016]可选地，所述步骤
(4)
中，所述过量是指保证整个光栅加压的部分能够形成均匀颗粒层且加压后表面仍有多余颗粒
。
[0017]可选地，所述步骤
(2)
中，所述过量的颗粒溶液指颗粒自由沉积能够填充满光栅且光栅表面能形成均匀的颗粒层，加压后光栅表面仍有多余颗粒
。
[0018]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0019](1)
本专利技术能够明显提高吸收光栅的制作效率，可以在短时间内重复加压颗粒填充制作吸收光栅
。
已有的加压颗粒填充法制作吸收光栅受限于颗粒自由沉积和溶剂挥发时间，每次加压颗粒填充间隔时间需要3到
10
小时，制作吸收光栅周期长
、
效率低
。
[0020]而本专利技术通过改变光栅表面颗粒层制作方式，使用匀胶机和高浓度的颗粒溶液在光栅表面覆盖均匀的颗粒层，缩短每次加压颗粒填充时间，使每次加压颗粒填充在1个小时内完成，大大提高了整个加压制作吸收光栅的制作效率
。
[0021](2)
本专利技术适用于制作大尺寸
、
大周期和小周期的吸收光栅
。
本专利技术涉及到的工艺适合大尺寸吸收光栅的制作，并对大周期和小周期均有效，例如
80
毫米
*80
毫米
、100
毫米
*100
毫米等大尺寸吸收光栅，周期由几微米至几百微米
。
附图说明
[0022]图1为本专利技术方法的实现流程图
。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
[0024]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例
。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围
。
[0025]本专利技术提高颗粒填充法制作吸收光栅的效率主要是要解决颗粒在光栅上的沉积效率问题
。
颗粒加压填充工艺中，通常是基于低浓度颗粒溶液的长时间自由沉积来保证颗
粒有效填充到光栅槽内
。
如果自然沉积过量的颗粒，不仅能使颗粒充分填充到光栅槽内，而且能在光栅表面形成完整的颗粒层，加压之后光栅表面颗粒层的完整性不会变化
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种中子吸收光栅制作方法，其特征在于：采用改变光栅表面颗粒层制作方式并加压实现，具体如下：
(1)
采用载体溶液浸润光栅，使光栅内形成润湿层；
(2)
选择含钆元素的颗粒作为中子吸收材料，将所述颗粒在载体溶液中分散均匀，形成颗粒溶液，再将过量的颗粒溶液注入光栅中，使颗粒自由沉积填充光栅；
(3)
待载体溶液挥发后，直接在光栅表面施加均匀向下的力，实现加压颗粒填充光栅；
(4)
去除加压填充后光栅表面多余颗粒，将高浓度的颗粒溶液均匀旋涂在光栅表面，载体溶液挥发并在光栅表面沉积一层过量颗粒，再次在光栅表面加压；
(5)
重复步骤
(3)
和
(4)
，逐步增加颗粒填充率，直至颗粒填充率不变达到最大填充
。2.
根据权利要求1所述的中子吸收光栅制作方法，其特征在于：所述步骤
(4)
中，高浓度的颗粒溶液为颗粒和载体溶液按照
1:4
‑
1:20
比例配制而成
。3.
根据权利要求1所述的中子吸收光栅制作方法，其特征在于：所述步骤

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，郭辰飞，熊瑛，田扬超，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：