透明玻璃闪烁体，制备方法及应用装置制造方法及图纸

描述了透明玻璃复合材料的组成和方法，所述透明玻璃复合材料含有纳米粒子，且在核辐射，尤其是γ射线存在下能闪烁，但在X-射线、α粒子，β粒子或中子存在下也能闪烁。所述透明玻璃复合材料通过熔融/冷却过程以形成透明玻璃复合物来制备。基于生产玻璃复合材料中的所使用的原料，可定制透明玻璃复合材料的发射光的波长。利用透明玻璃复合材料的检测器可以测量从多种辐射源发出的核辐射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】透明玻璃闪烁体，制备方法及应用装置相关申请的引用根据《美国法典》第35篇第119(e)条的规定，本申请主张享有于2011年3月29日提交的美国临时申请No.61/468,823的权益，前述申请的全部内容和实质通过引用整体地结合于本文中，全部如下。联邦科研资助声明本专利技术是在获得美国国土安全部的资助号为2008-DN-077-ARI015-02的政府资助下进行的。政府在本专利技术中享有一定的权利。
本专利技术公开的一系列具体实施例普遍涉及用作闪烁体的透明玻璃复合材料，所述闪烁体用于检测和测量来自衰减中的放射性原子核的放射产物，包括γ射线，X-射线，α粒子，β粒子，中子等。更具体地，本专利技术所公开的一系列具体实施例涉及含有基于镧系元素掺杂的金属盐纳米粒子的玻璃复合材料，制备这些材料的方法，以及这些材料的应用。
技术介绍
单晶探测器，如NaI:T1和其它无机盐已经开发并应用于γ射线检测。这些单晶具有几个有利的特性，包括定义良好的制剂，发光波长适用于光电倍增管（PMT）检测与放大，高效的光传播，以及能生成具有全能量峰值分辨率光谱的均匀光发电和输电。然而，由于受困于几个主要不足使得其在非理想环境下难以适用或不适用，如在旷野或在港口。这些不足包括由于湿度产生的不稳定性，机械冲击，及温度波动等问题。此外，虽然材料，如NaI:T1具有优良的γ射线检测，但它们往往不适用于其它形式的核辐射。作为一种替代方案，固态探测器远远超过了这些无机晶体的分辨率，但到目前为止，仍然受到规模或需要在非常低的温度下运行的限制。已经提出了利用纳米粒子制造大型γ射线探测器以克服这些困难。在过去的9年中已经报道了保持在一个小基质中的纳米粒子由于γ射线和α粒子的相互作用能产生单峰。盛代（ShengDai）等制备了在一个清晰的溶胶-凝胶薄盘中嵌入CdSe/ZnS量子点（直径为1-20纳米）。当薄盘暴露于210Po所发出的5,300-keVα粒子且以PMT收集的发射光（在波长约为590nm处达到峰值）中时，他们通过多通道分析仪观察到了连续能区。Letant和王（Wang）以CdSe/ZnS量子点浸渍多孔玻璃板（～1x1x0.025cm），将此材料暴露于59.5-keVγ射线和241Am所发出的5,500keVα粒子，以PMT收集的发射光中，观察到了每一种辐射类型的相关峰。McKigney等将嵌入有LaF3.Ce粒子（直径＜10nm）小块的一种有机基质（一侧为几毫米）附加至一个小的聚四氟乙烯容器上，并将它们暴露于241Am和57Co分别发出的59.5keV和122keVγ射线中，PMT收集的发射光（330nm），观察到了两个放射性元素的峰。近年来，山（shan）等研究了含有Tb3+,Eu3+和Dy3+掺杂的GdF3化合物的透明卤氧化物玻璃复合材料。Lakshminarayana等进一步报道了含有Pr3+,Sm3+掺杂的类似GdF3玻璃复合物的特性。然而，很少有进行γ射线光谱学的应用研究。这些材料，在闪烁体中使用，通过光电倍增管（PMT）检测，可以有效地将核辐射转换成波长可测的光子，而基质的高透明性可能引起核辐射检测的效率和分辨率的潜在提高。
技术实现思路
本专利技术公开的各实施例提供了将纳米粒子分布在玻璃体内用于核辐射检测的透明玻璃复合材料，通过特定工艺制备透明玻璃复合材料，制备透明玻璃复合材料的方法以及利用透明玻璃复合材料进行核辐射检测的设备。本专利技术的一个示例性实施例可以是具有玻璃体的透明玻璃复合材料且玻璃体内分布有多个纳米粒子。用于制备所述玻璃复合材料的初始组成，可含有基质金属化合物和掺杂金属化合物，且所述基质金属化合物和掺杂金属化合物的总和可以是初始组成的至少10mol%。在一些实施例中，所述基质金属化合物和掺杂金属化合物的总和可以是初始组成的至少15mol%；或是初始组成的至少18%。所述基质金属化合物和掺杂金属化合物的结合也可是初始组成的约10mol%至约35mol%，约15mol%至约35mol%，或约18mol%至约30mol%。在一些实施例中，掺杂金属化合物可以是总组合物的约1.5至7mol%，约2.5mol%至约6.5mol%，约2.5mol%至约6.5mol%，约3mol%至约6mol%。掺杂金属化合物也可在初始组成中高于1.5mol%，高于2.5mol%,或高于3mol%。在一些实施例中，纳米粒子的平均尺寸约为1nm至50nm，约为2至40nm，约3至30nm，或约为5至30nm。在一些实施例中，纳米粒子的折射率与玻璃体的折射率的差值小于约50%，小于约33%，或小于约25%。在一些实施例中，所述基质金属化合物可以是钆，锶，钡，镥，镧，钇，或钙化合物。在一些实施例中，所述掺杂金属化合物可以是铈，铕，铽，铒，铊，钷，镝，钬，钐，钕，或铥化合物。在一些实施例中，所述化合物可以是盐。在另一些实施例中，所述盐可以是卤化物盐，如氟化物，氯化物，溴化物或碘化物。在一示例性实施例中，所述透明玻璃复合材料可以与核辐射包括γ射线，x射线，α粒子，β粒子和中子相互作用。当与任何核辐射产品作用时，透明玻璃复合材料可以闪烁。α粒子和β粒子与透明玻璃复合材料直接相互作用，而X射线、γ射线，以及中子通过激发电子和离子来与透明玻璃复合材料相互作用产生闪烁。另一个示例性实施例可以是透明玻璃复合材料具有一玻璃体且玻璃体内分布有多个纳米粒子。所述玻璃体可通过将含有掺杂金属化合物、基质金属化合物、无机玻璃前体的初始组合物加热至初始组合物的熔点以形成熔融玻璃，冷却熔融玻璃形成玻璃体，并可选择性地将玻璃体再次加热至高于其玻璃化转变温度并保持2至72小时。在一些实施例中，所述掺杂金属化合物和基质金属化合物可各自独立地为金属卤化物。所述掺杂金属化合物和基质金属化合物的总和至少为初始组合物的10mol%。在一些实施例中，所述掺杂金属化合物和基质金属化合物的总和至少为初始组合物的15mol%；或至少为初始组合物的18%。所述掺杂金属化合物和基质金属化合物的总和也可以是初始组合物的约10mol%至35mol%，约15mol%至约35mol%，或约18mol%至约30mol%。在一些实施例中，所述掺杂金属化合物可以是总组成的约1.5mol%至7mol%，约2.5mol%至约6.5mol%，约3mol%至约6mol%。所述掺杂金属化合物也可以在初始组合物中高于1.5mol%，高于2.5mol%,或高于3mol%。在一些实施例中，纳米粒子的尺寸约为1nm至50nm，约为2至40nm，约2至30nm，或约为5至30nm。在一些实施例中，纳米粒子的尺寸约为1nm至50nm，约为2至40nm，约2至30nm，或约为5至30nm。在一些实施例中，纳米粒子的折射率与玻璃体的折射率的差值小于约50%，小于约33%，或小于约25%。在一些实施例中，所述基质金属化合物可以是钆，锶，钡，镥，镧，钇，或钙化合物。所述基质金属化合物也可以是钆化合物或钆卤化物。在一些实施例中，所述掺杂金属化合物可以是铈，铕，铽，铒，铊，钷，镝，钬，钐，钕，或铥盐。所述掺杂金属化合物也可以是铈，铕或铽的卤化物。一示例性实施例可以是制备透明玻璃复合材料的方法，其步骤包括：制备基质金属化合物、掺杂金属化合物和无机玻璃前体的混合物，将混合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明玻璃复合材料，包括玻璃体和分布在玻璃体内的多个纳米粒子，其特征在于：用于制备所述玻璃复合材料的初始组合物包括基质金属化合物和掺杂金属化合物，所述基质金属化合物和所述掺杂金属化合物的总和为所述初始组合物的至少10mol%。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.29 US 61/468,8231.一种透明玻璃复合材料，包括玻璃体和分布在玻璃体内的多个纳米粒子，其特征在于：用于制备所述玻璃复合材料的初始组合物包括基质金属化合物和掺杂金属化合物，所述基质金属化合物和所述掺杂金属化合物的总和为所述初始组合物的10mol％至35mol％，且所述掺杂金属化合物为所述初始组合物的至少3mol％。2.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述基质金属化合物和掺杂金属化合物的总和为所述初始组合物的18mol％至35mol％。3.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述基质金属化合物和掺杂金属化合物的总和为15mol％至35mol％。4.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述基质金属化合物和掺杂金属化合物的总和为18mol％至30mol％。5.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属化合物为所述初始组合物的3mol％至7mol％。6.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属化合物为所述初始组合物的3mol％至6.5mol％。7.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属化合物为所述初始组合物的3mol％至6mol％。8.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的平均尺寸为1nm至50nm。9.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的平均尺寸为2nm至40nm。10.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的平均尺寸为2nm至30nm。11.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的平均尺寸为5nm至30nm。12.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的平均尺寸为10nm至30nm。13.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的折射率为nM，所述玻璃体的折射率为nG，且nM与nG的差值小于50％。14.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的折射率为nM，所述玻璃体的折射率为nG，且nM与nG的差值小于33％。15.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述纳米粒子的折射率为nM，所述玻璃体的折射率为nG，且nM与nG的差值小于25％。16.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述玻璃体包括硅酸盐、硼酸盐或磷酸盐，或它们的组合。17.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述玻璃体包括铝硅酸盐、硼硅酸盐，或它们的组合。18.根据权利要求17所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述玻璃体包括铝硅酸盐。19.根据权利要求16所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述硅酸盐包括锂抗衡离子或钠抗衡离子，或它们的组合。20.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述玻璃体包括6Li同位素或10B同位素。21.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述基质金属化合物包括Gd、Sr、Ba、Lu、La、Y或Ca。22.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属化合物包括Ce、Tb、Eu、Er、Tl、Tm、Pr、Dy、Ho、Sm或Nd。23.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属化合物和/或基质金属化合物包括氟化物、氯化物、溴化物或碘化物，或它们的组合。24.根据权利要求21所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述基质金属化合物含有Gd。25.根据权利要求22所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属化合物含有Ce、Tb或Eu。26.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属化合物为铈卤化物，所述基质金属化合物为钆卤化物。27.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述透明玻璃复合材料在γ射线和/或X-射线存在下闪烁。28.根据权利要求1所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述透明玻璃复合材料在α粒子、β粒子和/或中子存在下闪烁。29.一种透明玻璃复合材料，包括玻璃体和和分布在玻璃体内的多个纳米粒子，其特征在于：所述玻璃体通过加热含有掺杂金属卤化物、基质金属卤化物、和无机玻璃前体的初始组合物至初始组合物的熔点以形成熔融玻璃，冷却所述熔融玻璃形成玻璃体，及可任选地将所述玻璃体再次加热至其玻璃化转变温度以上并保持2至72小时，其中，所述掺杂卤化物和所述基质金属卤化物的总和为所述初始组合物的10mol％至35mol％，且所述掺杂金属卤化物为所述初始组合物的至少3mol％。30.根据权利要求29所述透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属卤化物和所述基质金属卤化物的总和为初始组合物的15mol％至35mol％。31.根据权利要求29所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属卤化物和所述基质金属卤化物的总和为所述初始组合物的18mol％至35mol％。32.根据权利要求29所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属卤化物和所述基质金属卤化物的总和为所述初始组合物的18mol％至30mol％。33.根据权利要求29所述的透明玻璃复合材料，其特征在于：所述掺杂金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：康智涛，布伦特·K·瓦格纳，詹森·H·纳德勒，罗伯特·罗森，贝恩德·卡恩，梅雷迪思·B·巴尔塔，
申请(专利权)人：佐治亚技术研究公司，
类型：
国别省市：