CN106587602A - 一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106587602A
CN106587602A CN201611206292.XA CN201611206292A CN106587602A CN 106587602 A CN106587602 A CN 106587602A CN 201611206292 A CN201611206292 A CN 201611206292A CN 106587602 A CN106587602 A CN 106587602A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
preparation
scintillation glass
sources
gadolinium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611206292.XA
Other languages
English (en)
Inventor
王勇
毛日华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN201611206292.XA priority Critical patent/CN106587602A/zh
Publication of CN106587602A publication Critical patent/CN106587602A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/14—Silica-free oxide glass compositions containing boron
    • C03C3/15—Silica-free oxide glass compositions containing boron containing rare earths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/12—Compositions for glass with special properties for luminescent glass; for fluorescent glass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法，所述闪烁玻璃包括基质Gd2O3‑WO3‑B2O3、以及分散于所述基质的发光中心Eu3+离子，所述基质中各组分的比例为：Gd2O3 20～25 mol%、WO3 40～60 mol%、B2O3 10～30 mol%，所述Eu3+离子的含量为0.05～5mol%。本发明中稀土掺杂钆钨硼酸盐闪烁玻璃中的Gd3+离子半径适中，可有效地与Eu3+离子固溶；Gd3+可以将能量传递给Eu3+发光中心，从而提高发光效率。

Description

一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃的制备方法，具体涉及一种稀土离子掺杂钆钨硼酸盐闪烁玻璃及制备方法，属于发光材料领域。
背景技术
闪烁材料是一种吸收α、β、γ射线或X射线等高能粒子，将吸收的部分能量转化为紫外或可见光的光功能材料。在高能物理实验、核医学成像、反恐安检、石油勘探等领域发挥着极其重要的作用，尤其是在建造高能物理量能器和核医学成像设备方面有着广泛应用和巨大需求。闪烁晶体是目前研究最多、应用最广泛的闪烁体，如Bi4Ge3O12(BGO)、PbWO4(PWO)等。但是，闪烁晶体的生长周期长、工艺复杂、晶体尺寸和形状受到限制，由此造成闪烁晶体成本高昂。特别是传统的晶体生长技术难以保证掺杂离子的高浓度及其均匀分布，进而无法实现材料的光学性能优化，这大大限制了其应用。闪烁玻璃具有优良的光学性能、稳定的化学性质，特别是玻璃成本低廉、且有大规模生产的经验。因此，如果能获得闪烁性能优良的闪烁玻璃来替代闪烁晶体，将对闪烁体的应用产生深远的影响。
高密度是无机闪烁材料的重要指标。高密度闪烁体对高能粒子具有较强的阻止本领、较短的辐照长度，可以提高探测器的空间分辨本领，对仪器或工程的小型化设计也是非常有利的。在实际应用中，闪烁玻璃的密度最好能达到6.0g/cm3以上，但目前报道的闪烁玻璃中很少有达到6.0g/cm3的。15SiO2-25B2O3-5P2O5-15Ga2O3-38Lu2O3-2Tb2O3闪烁玻璃的密度达到了6.56g/cm3，但含有大量昂贵的Lu2O3(J.Fu et al.,J.Lumin.,128(2008)99-104)而造成成本高昂。
近年来，一些科学工作者因富含稀土氧化物(尤其是Gd2O3)闪烁玻璃所具有的潜在闪烁性能而对其产生了极大兴趣。含有较大原子序数的氧化钨(WO3)玻璃的密度比较容易达到6.0g/cm3以上。
发明内容
针对目前闪烁玻璃密度偏低的问题，本发明的目的在于提供了一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法。
一方面，本发明提供了一种稀土离子掺杂的高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃，所述闪烁玻璃包括基质Gd2O3-WO3-B2O3、以及分散于所述基质的发光中心Eu3+离子，所述基质中各组分的比例为：Gd2O3 20～25mol％、WO3 40～60mol％、B2O3 10～30mol％，所述Eu3+离子的含量为0.05～5mol％。
本发明以Gd2O3和WO3作为玻璃的主要成分，其中Gd2O3和WO3具有较大原子质量，而且Gd3+离子半径适中，可有效地与大部分镧系离子固溶，Gd3+可以将能量传递给发光中心Eu3 +，从而大大提高了光产额。因此本发明以Gd2O3和WO3的高含量，使所得产品既能显著提高玻璃密度的同时，又能提高其发光效率。
较佳地，所述基质中各组分的比例为：Gd2O3 20.5mol％、WO3 47.5mol％、B2O330mol％，所述Eu3+离子的含量为2mol％。较佳地，所述Eu3+离子以Eu2O3形式引入。
另一方面，本发明还提供了一种稀土离子掺杂的高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃的制备方法，包括：
以Gd源、W源、B源、Eu源为原料，按照所述闪烁玻璃的各摩尔组分混合均匀，得到原料粉体；
将所得原料粉体在1100～1300℃下熔化0.5～1小时，得到玻璃熔体；
将所得玻璃熔体倒入预热至200～400℃的金属板上，压制成玻璃后进行退火处理，得到所述闪烁玻璃。
较佳地，所述Gd源为Gd2O3。
较佳地，所述W源为WO3。
较佳地，所述B源为B2O3或H3BO3。
较佳地，所述Eu源为Eu2O3。
较佳地，所述原料的纯度至少为分析纯。
较佳地，所述退火处理的温度为400～500℃，时间为2～10小时。
本发明具有以下优点：
1、稀土掺杂钆钨硼酸盐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；
2、稀土掺杂钆钨硼酸盐闪烁玻璃中的Gd3+离子半径适中，可有效地与Eu3+离子固溶；Gd3+可以将能量传递给Eu3+发光中心，从而提高发光效率；
3、稀土掺杂钆钨硼酸盐闪烁玻璃中富含氧化钨(WO3)，可以显著提高玻璃的密度。
附图说明
图1为本发明的实施例1中得到的闪烁玻璃的透过光谱；
图2为本发明的实施例1中得到的闪烁玻璃的X射线激发发射光谱。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明以氧化钆(Gd2O3)和氧化钨(WO3)为主要成分制备了一种稀土离子掺杂的高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃。所述闪烁玻璃通过高温熔融工艺制备得到。所述闪烁玻璃包括基质和发光中心，所述基质的组成成分可为Gd2O3-WO3-B2O3，所述基质中各组分的比例为：Gd2O3 20～25mol％、WO3 40～60mol％、B2O3 10～30mol％。。所述发光中心可为Eu3+离子，由Eu2O3引入，其含量可为0.05～5mol％。上述各组分的比例之和为100％。
以下示例性地说明本发明提供的稀土离子掺杂的钆钨硼酸盐闪烁玻璃的制备方法。
按照闪烁玻璃的组分配方称取Gd2O3原料、WO3原料、B2O3原料、Eu2O3原料，混合均匀，得到混合粉体。其中Gd2O3原料为Gd2O3，WO3原料为WO3，B2O3原料为B2O3或或H3BO3，Eu2O3原料为Eu2O3，所有原料的纯度至少为分析纯。
将混合均匀的混合粉体在1100～1300℃下熔化、保温0.5～1个小时，得到玻璃熔体。
然后将玻璃熔体倒入预热至200～400℃的金属板(例如铁板等)上，以免因急冷而形成的内应力使玻璃裂开，再用另一个金属板(例如铁板等)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400-500℃，退火时间可为2-10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发明所述的闪烁玻璃。
本发明提供的稀土离子掺杂的钆钨硼酸盐闪烁玻璃，富含Gd3+离子，可有效地将能量传递给发光中心，提高发光效率；富含重金属氧化物WO3，通过调节WO3的含量，可有效提高玻璃的密度。本发明运用了传统的熔融急冷法，容易实现大规模生产。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
一、制备工艺
按玻璃组成20.5Gd2O3-47.5WO3-30B2O3-2Eu2O3(mol％)精确称量玻璃原料，在玛瑙研钵中将玻璃原料充分研磨15分钟，将研磨好的原料倒入铂金坩埚里，放入1100℃的高温电炉中保温30分钟得到均匀的玻璃熔体。随后将上述熔体倒入预热至300℃的铁板上，再用另一个铁板压制成型，并迅速将成型后的玻璃置于400℃马弗炉内保温1小时进行退火处理。得到的闪烁玻璃初品经切割、表面研磨及抛光后加工成本发明的闪烁玻璃。经阿基米德方法测量，该玻璃的密度为6.19g/cm3。所发明的闪烁玻璃的透过率如图1所示，图1中插图为本实施例制备的闪烁玻璃的实物图；
二、测试
用稳态/瞬态荧光光谱仪(Edinburgh Instruments，FLS 980型)和X射线激发发射谱仪(Ag靶，40千伏和40微安)测试得到闪烁玻璃的光致发光谱、荧光衰减曲线和X射线激发发射光谱。如图2所示，在X射线激发下，可观察到位于616nm处Eu3+的特征峰，说明该玻璃具有闪烁发光性能。

Claims (10)

1.一种稀土离子掺杂的高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述闪烁玻璃包括基质Gd2O3-WO3-B2O3、以及分散于所述基质的发光中心Eu3+离子，所述基质中各组分的比例为：Gd2O3 20～25 mol%、WO3 40～60 mol%、B2O3 10～30 mol%，所述Eu3+离子的含量为0.05～5mol%。
2.根据权利要求1所述稀土离子掺杂的高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述基质中各组分的比例为：Gd2O3 20.5mol%、WO3 47.5 mol%、B2O3 30 mol%，所述Eu3+离子的含量为2mol%。
3.根据权利要求1或2所述稀土离子掺杂的高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述Eu3+离子以Eu2O3形式引入。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述稀土离子掺杂的高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于，包括：
以Gd源、W源、B源、Eu源为原料，按照所述闪烁玻璃的各摩尔组分混合均匀，得到原料粉体；
将所得原料粉体在1100～1300℃下熔化0.5～1小时，得到玻璃熔体；
将所得玻璃熔体倒入预热至200～400℃的金属板上，压制成玻璃后进行退火处理，得到所述闪烁玻璃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Gd源为Gd2O3。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述W源为WO3。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述B源为B2O3或H3BO3。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述Eu源为Eu2O3。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述原料的纯度至少为分析纯。
10.根据权利要求4-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为400～500℃，时间为2～10小时。
CN201611206292.XA 2016-12-23 2016-12-23 一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法 Pending CN106587602A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611206292.XA CN106587602A (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611206292.XA CN106587602A (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106587602A true CN106587602A (zh) 2017-04-26

Family

ID=58603420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611206292.XA Pending CN106587602A (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106587602A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110451795A (zh) * 2019-08-13 2019-11-15 井冈山大学 一种高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102826753A (zh) * 2012-09-28 2012-12-19 井冈山大学 富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102826753A (zh) * 2012-09-28 2012-12-19 井冈山大学 富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110451795A (zh) * 2019-08-13 2019-11-15 井冈山大学 一种高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ichoja et al. Physical, structural and optical studies on magnesium borate glasses doped with dysprosium ion
US9279891B2 (en) Transparent glass scintillators, methods of making same and devices using same
CN100436660C (zh) 闪烁体(变体)
Seeta Rama Raju et al. Photoluminescence and cathodoluminescence properties of nanocrystalline Ca2Gd8Si6O26: Sm3+ phosphors
JP2007063065A (ja) ガラス
Fu et al. Study on luminescent properties of Ce3+ sensitized Tb3+ doped gadolinium borosilicate scintillating glass
Lee et al. Synthesis and characterization of a BaGdF5: Tb glass ceramic as a nanocomposite scintillator for x-ray imaging
Chen et al. Transparent heavily Eu3+-doped boroaluminate glass for X-ray detection
Struebing et al. Optimization of a gadolinium‐rich oxyhalide glass scintillator for gamma ray spectroscopy
CN101148356A (zh) 掺Ce3+的氧化镧钇透明闪烁陶瓷材料及其制备方法
Moulika et al. Optical properties of Eu3+ & Tb3+ ions doped alkali oxide (Li2O/Na2O/K2O) modified boro phosphate glasses for red, green lasers and display device applications
Pinto et al. Fluorophosphate glasses doped with Eu3+ and Dy3+ for X-ray radiography
Jia et al. Flexible scintillation silica fiber with engineered nanocrystals for remote real-time X-ray detection
Jha et al. Mechanoluminescence of SrAl2O4: Eu, Dy nanophosphors induced by low impact velocity
Jha Effect of UV irradiation on different types of luminescence of SrAl2O4: Eu, Dy phosphors
CN106587602A (zh) 一种高密度钆钨硼酸盐闪烁玻璃及其制备方法
CN103979791B (zh) 一种热中子探测用硼磷酸盐闪烁玻璃及其制备方法
CN109988577A (zh) 稀土卤化物闪烁材料及其应用
Luo et al. Band gap and defect engineering enhanced scintillation from Ce3+-doped nanoglass containing mixed-type fluoride nanocrystals
JPWO2006006640A1 (ja) 蛍光ガラス
Moirangthem et al. Electron life time (τ) in trap levels of Dy3+ activated calcium aluminate: Implications in TL dosimetry
CN103951206B (zh) 稀土离子掺杂的BaGdBr5微晶玻璃及其制备方法
CN101318773A (zh) 一种掺Pr3+高密度闪烁玻璃及其制备方法
Omar et al. Optimizations of thermoluminescence response of dyprosium doped lithium magnesium borate dosimeter subjectred to cobalt-60 gamma ray
CN110451795A (zh) 一种高密度碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170426

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication