CN108277006B - 一种热释光长余辉材料 - Google Patents

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Abstract

本发明一种新型热释光长余辉材料；它包括基质材料ZnS，含有TL的主激活剂，含有Al，Ag，6Li的共激活剂，含有Na+和Mg2+的卤素化合物作为助溶剂，将激活剂和助溶剂按一定比例加入到基质材料中，采用湿法配料的方式混合均匀，以高纯硫及碳粉做稳定剂，在惰性气氛中高温合成，合成温度800‑100度，反应时间时间3‑5小时，反应完成后在紫外灯下除去表面被氧化的物质，然后经过水洗处理后烘干得到γ射线探测材料，然后向材料中加入具有γ射线源的物质，既得到热释放性长余辉材料。

Description

一种热释光长余辉材料
技术领域
本发明属于固体发光领域中的热释光材料制备技术。
背景技术
材料的热释光（Thermoluminescence, TL）是指材料在吸收辐射能之后的热致发光现象。材料在受到电离辐射，其内部缺陷陷阱会以某种方式记录下所受辐射剂量，当外界通过加热将其激活后，能确定出原来所受辐射剂量的大小，这种具有热释光效应的材料具有重要的实际应用价值。热释光材料主要运用在辐射剂量学、地质学既考古测年和固体中的缺陷分析；其中辐射剂量学应用主要三方面：个人计量学、环境监测和医学领域的应用；目前由热释光材料制备的热释光剂剂量计可广泛应用于辐射防护、辐射治疗、环境监测、地质年代测量、考古、航天等诸多领域。
中国专利 CN101831702B公布了一种用于热释光和光释光的掺铜铝酸钇晶体及其制备方法，该掺铜铝酸钇晶体的化学式为：Y(1-x):AlO3:Cux，式中，x＝0.001～0.1，x 为掺杂离子 Cu2+与Y原子的摩尔比。掺铜铝酸钇晶体是采用熔体法生长的。本发明掺铜铝酸钇晶体能够在吸收高能射线辐射能后实现热致释光或光致释光，并具有良好的剂量线性响应，是一种性能较好的辐射剂量计的释光材料。该发明制备的材料具有高的响应效率，但是在制备过程中工艺复杂，成品率较低，增加批量生产的难度，提高了生产成本。
中国专利CN106811193A公布了一种Mg2SiO4:Tb热释光剂量片的制备方法。以Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O、SiO2、Tb4O7为原料，将按照一定化学配比混合之后的粉末压片之后，进行高温烧结，得到Mg2SiO4：Tb块体；然后将其研磨成粉末过筛，接着再对粉末进行压片，然后将压制成型的圆薄片进行二次煅烧，得到烧制好的剂量片。本发明的Mg2SiO4:Tb剂量片对于Co60辐射源的响应非常好，比常用剂量材料好很多，Co60辐射相同剂量后热释光测试峰的强度是LiF:Mg,Cu,P的45倍左右。该发明制备的热释光材料具有较高的响应速率和良好的线性响应关系，但是伸长过程中采用压片的方式进行制备，限制了材料的尺寸，导致应用的局限性。
本发明公布的一种新型热释光长余辉材料，首先通过高温烧结制备出γ射线探测材料，然后在探测材料在通过溶液共沉淀的方式掺杂具有γ射线源的物质，材料在受热激发后释放出荧光，具有永久性热释光性能；该发明操作流程简单，生产工艺易批量化生产，投入成本低。
发明内容
本发明一种新型热释光长余辉材料；它包括基质材料ZnS，含有Tl的主激活剂，含有Al，Ag，6Li的共激活剂，含有Na+和Mg2+的卤素化合物作为助溶剂，将激活剂和助溶剂按一定比例加入到基质材料中，采用湿法配料的方式混合均匀，以高纯硫及碳粉做稳定剂，在惰性气氛中高温合成，合成温度800-1000度，反应时间3-5小时，反应完成后在紫外灯下除去表面被氧化的物质，然后经过水洗处理后烘干得到γ射线探测材料，然后向材料中加入具有γ射线源的物质，即得到热释光长余辉材料。
本发明一种新型热释光长余辉材料；首先将助溶剂按一定比例称取后置于表面皿中，加入去离子水溶解形成水溶液，然后加入基质材料，搅拌均匀；随后将主激活剂和共激活剂经过溶解、过滤、提纯配成一定浓度的水溶液，然后按比例将激活剂加入到表面皿中混合均匀后置于烘箱内干燥形成前驱体材料。
本发明一种新型热释光长余辉材料；将干燥后的前驱体研磨均匀后装入刚玉坩埚中，采用双层护套的方式在马弗炉中烧结，烧结过程中通氮气作为保护气氛；烧结过程中采用高温进高温出的方式，防止在烧结过程中出现氧化的影响；烧结完成后至于室温下快速冷却，然后再紫外灯下进行选粉处理，除去表面被氧化的物质后分散到乙醇溶液中进行球磨分散，分散完成后通过离心的方式获得固体材料，将离心后的材料置于烘箱中干燥后即可得到γ射线探测材料。
将所得的材料分散到去离子水中形成一定质量分数的悬浮液，然后按一定的质量分数加入具有γ射线源的物质的盐溶液，混合均匀后加入氨水进行沉淀，沉淀完全后离心、过滤、干燥得到热释放性长余辉材料。
一种新型热释光长余辉材料，所述的含有Tl的主激活剂为氯化铊，溴化铊，硫酸铊，硝酸铊中的一种或多种水溶液。所述的含有Al，Ag，6Li的共激活剂为卤素化合物，硝酸化合物所述的具有γ射线源的物质为含有Co60和Cs137的化合物中的一种或多种。将助溶剂按质量比0.5-2%加入去离子水中溶解后加入到基质材料中混合均匀。将共激活剂按质量比0.05-0.2%加入到混合后的基质材料中，混合均匀后按质量比0.01-0.02%加入主激活剂，然后置于烘箱中干燥。将干燥后的体材料研磨至均匀粉末，然后置于双层互套刚玉坩埚中，在马弗炉中持续通氮气进行烧结，烧结完成后置于室温下冷却。将冷却后的材料在长波紫外灯下观察，除去表面被氧化的物质，然后进行水洗，离心沉淀，干燥后得到γ射线探测材料。将所得的材料分散到去离子水中形成质量分数为50%的悬浮液，然后按质量分数0.001%加入Co60和Cs137的盐溶液，混合均匀后加入氨水进行沉淀，沉淀完全后离心、水洗、干燥得到热释放性长余辉材料。
具体实施方式
本发明一种新型热释光长余辉材料；它包括基质材料ZnS，含有Tl的主激活剂，含有Al，Ag，6Li的共激活剂，含有Na+和Mg2+的卤素化合物作为助溶剂，将助溶剂在去离子水中溶解后，然后再将主激活剂和共激活剂通过溶解配制成一定浓度的离子溶液，采用湿法配料的方式将基质材料和激活剂加入助溶剂中混合均匀，在烘箱中120度干燥3小时以上，干燥后研磨均匀装入坩埚中，以高纯硫及碳粉做稳定剂，在惰性气氛中高温合成，合成温度800-1000度，反应时间3-5小时，反应完成后在紫外灯下除去表面被氧化的物质，然后经过水洗处理后烘干得到γ射线探测材料，然后向材料中加入具有γ射线源的物质，即得到热释光长余辉材料。
本发明一种新型热释光长余辉材料；首先将主激活剂和共激活剂通过溶解后配成浓度为5×10-5g/ml的溶液，然后将助溶剂按质量比0.5-2%称取后置于表面皿中，加入去离子水溶解形成水溶液，然后加入基质材料，随后将共激活剂按质量比0.05-0.2%加入到混合后的基质材料中；混合均匀后按质量比0.01-0.02%加入主激活剂，采用湿法共混的方式搅拌均匀后置于烘箱内120度干燥6小时，烘干形成前驱体材料。
本发明一种新型热释光长余辉材料；将干燥后的前驱体采用鄂式破碎机研磨至小颗粒，然后使用气流粉碎机分散至粉末状，分散均匀后装入刚玉坩埚中压实，在表面覆盖一层高纯硫，采用双层护套的方式，在外层坩埚内加入活性炭做保护剂防止氧化，然后在马弗炉中于800-1000度烧结，恒温烧结3-5小时，烧结过程中通氮气作为保护气氛；烧结过程中采用高温进高温出的方式，防止在烧结过程中出现氧化的影响；烧结完成后至于室温下快速冷却，冷却后在紫外灯下进行选粉处理，除去表面被氧化的物质，然后采用鄂式破碎机研磨至小颗粒，然后使用气流粉碎机分散至粉末状，将分散后的粉末材料分散到乙醇溶液中进行球磨，球磨过程中所需的玛瑙研磨球、乙醇与粉末材料质量比为1:1:1；分散完成后通过离心获得粉末材料，将粉末材料用丙酮水洗三次，然后将离心后的材料置于烘箱中80度干燥，干燥后得到γ射线探测材料。
将所得的材料分散到去离子水中形成质量分数为50%的悬浮液，然后按质量分数0.001%加入Co60和Cs137的盐溶液，混合均匀后加入氨水形成Co60（OH）2和Cs137(OH)共沉淀化合物，沉淀完全后静置一段时间，静置完成后倒去上清液，然后进行离心、水洗后得到固体材料，将材料置于120度烘箱中进行干燥，干燥得到热释放性长余辉材料。
本发明优点在于
1）本发明一种新型热释光长余辉材料，合成工艺简单，过程容易控制，同时降低成本。
2）本发明一种新型热释光长余辉材料，其无毒无害，成本低廉，寿命长，效率高。
3） 本发明一种新型热释光长余辉材料，具有高效、稳定、无毒、环保、成本低廉、合成工艺简单等特点。其可以广泛用于中子探测器中作为提高闪烁体检测效率和响应速率的增强材料，在食品检测，工业探测以及核检测领域有较好的应用前景。
实施例
实施例1
依次称取0.5g助溶剂NaCl粉末，1.0g助溶剂MgCl2粉末置于表面皿中，加入去离子水溶解，然后加入100g基质材料ZnS，搅拌均匀备用，然后加入0.01g主激活剂硝酸铊，0.05g共激活剂氯化银，0.02g共激活剂硫酸铝，搅拌均匀后置于烘箱中120度干燥6小时，干燥完成后得到前驱体材料。
实施例2
将干燥后的材料粉碎研磨均匀后装入坩埚内压实，然后在表面覆盖一层高纯硫，采用双层坩埚互套的方式，在外层坩埚表面加一层活性炭做保护气氛，设定马弗炉温度为800度，在炉内恒温烧结5小时，烧结过程通氮气做保护气氛，烧结完成后取出在室温下冷却，冷却完成后在紫外灯下除去表面废料和被氧化的物质，研磨均匀后分散到乙醇溶液中进行球磨分散，分散完成后通过离心获得粉末材料，将粉末材料用丙酮水洗三次，然后将离心后的材料置于烘箱中80度干燥。
取干燥后的粉末50g置于烧杯中，加入去离子水100ml，搅拌分散后得到均匀的悬浮液备用。另取0.1g放射源化合物Co60Cl2置于烧杯中，加入100ml去离子水溶解后过滤定容至1000ml；然后取5ml溶液加入悬浮液中，搅拌均匀后加入一定量的7.5%氨水，直至溶液不再出现沉淀为止；然后将混合溶液静置1小时后倒去上清液，离心后用去离子水洗三次，然后置于120度烘箱中干燥得到热释放性长余辉材料。
实施例3
依次称取1.0g助溶剂NaCl粉末，0.5g助溶剂MgCl2粉末置于表面皿中，加入去离子水溶解，然后加入100g基质材料ZnS，搅拌均匀备用，然后加入0.02g主激活剂硫酸铊，0.02g共激活剂氯化银，0.01g共激活剂硫酸铝，0.02g共激活剂氟化锂，搅拌均匀后置于烘箱中120度干燥6小时，干燥完成后得到前驱体材料。
实施例4
将干燥后的材料粉碎研磨均匀后装入坩埚内压实，然后在表面覆盖一层高纯硫，采用双层坩埚互套的方式，在外层坩埚表面加一层活性炭做保护气氛，设定马弗炉温度为1000度，在炉内恒温烧结3小时，烧结过程通氮气做保护气氛，烧结完成后取出在室温下冷却，冷却完成后在紫外灯下除去表面废料和被氧化的物质，研磨均匀后分散到乙醇溶液中进行球磨分散，分散完成后通过离心获得粉末材料，将粉末材料用丙酮水洗三次，然后将离心后的材料置于烘箱中80度干燥。
取干燥后的粉末50g置于烧杯中，加入去离子水100ml，搅拌分散后得到均匀的悬浮液备用。另取0.1g放射源化合物Cs137Cl置于烧杯中，加入100ml去离子水溶解后过滤定容至1000ml；然后取5ml溶液加入悬浮液中，搅拌均匀后加入一定量的7.5%氨水，直至溶液不再出现沉淀为止；然后将混合溶液静置1小时后倒去上清液，离心后用去离子水洗三次，然后置于120度烘箱中干燥得到热释放性长余辉材料。
在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种热释光长余辉材料，它包括基质材料ZnS，在基质材料中按重量比0.01-0.02%加入含有Tl的主激活剂，同时按重量比0.05-0.2%加入含有Al、Ag、6Li的共激活剂，以高纯硫及碳粉做稳定剂，以含有Na+和Mg2+的卤素化合物作为助溶剂，共混后置于双层互套刚玉坩埚中，在马弗炉中持续通氮气进行烧结，合成温度800-1000度，反应时间3-5小时，烧结完成后置于室温下冷却，反应完成后在紫外灯下除去表面被氧化的物质，然后经过水洗，离心沉淀处理后，烘干得到γ射线探测材料，然后向材料中加入具有γ射线源的物质，即得到热释光长余辉材料；具有γ射线源的物质为含有Co60和Cs137的化合物中的一种或多种。
2.如权利要求1所述一种热释光长余辉材料，所述的含有Tl的主激活剂为氯化铊、溴化铊、硫酸铊、硝酸铊中的一种或多种水溶液。
3.如权利要求1所述一种热释光长余辉材料，所述的含有Al、Ag、6Li的共激活剂为卤素化合物、硝酸化合物中的一种或多种水溶液。
4.如权利要求1所述一种热释光长余辉材料，将助溶剂按重量比0.5-2%加入去离子水中溶解后加入到基质材料中混合均匀。
5.如权利要求1所述一种热释光长余辉材料，将所得的材料分散到去离子水中形成质量分数为50%的悬浮液，然后按质量分数0.001%加入Co60和Cs137的盐溶液，混合均匀后加入氨水进行沉淀，沉淀完全后离心、水洗、干燥得到热释光长余辉材料。
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用于位置灵敏型中子探测器的6LiF/ZnS(Ag)闪烁体性能研究;唐军杰等;《发光学报》;20130115;第34卷(第1期);第78-81页 *

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