CN109459782B - 闪烁晶体封装方法、闪烁晶体封装结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种闪烁晶体封装方法，包括：在闪烁晶体表面进行化学镀银制备反射层，得到表面具有反射层的闪烁晶体；对所述表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装。本发明还提供了一种闪烁晶体封装结构和包括该闪烁晶体封装结构的闪烁晶体探测器。本发明的烁晶体封装方法简单易行，采用本发明的烁晶体封装方法得到的闪烁晶体封装结构的结构简单、反射效率高且闪烁晶体不易潮解。

Description

闪烁晶体封装方法、闪烁晶体封装结构及其应用

技术领域

本发明涉及闪烁晶体封装技术领域，具体地，本发明涉及一种闪烁晶体封装方法、采用该方法得到的闪烁晶体封装结构及其应用。

背景技术

闪烁晶体探测器是利用电离辐射在某些物质中产生的闪光来进行探测的闪烁探测器，其具有探测效率高，分辨短等特点，被广泛应用于核医学、安全检查、高能物理和宇宙射线探测的研究中。闪烁晶体探测器通常利用能够有效阻挡和吸收电磁波辐射并与电磁波辐射产生发光作用的闪烁晶体作为探测材料。

当高能射线入射到闪烁晶体内，根据射线能量，晶体有效原子系数和密度的不同，与晶体发生不同比例的光电效应、康普顿散射效应及电子对效应，将能量沉积在闪烁晶体中，被激发的闪烁晶体退激发出闪烁光。利用光电探测器如PMT(Photomultiplier Tube，光电倍增管)将位于可见光区或紫外光区的闪烁光经过光电转换和倍增，形成脉冲信号。脉冲信号强度反映了高能射线的能量；脉冲信号发生的时间反映了高能射线的入射时间；脉冲信号在多个光电倍增管中的强度分配反映了高能射线的入射位置等。当高速度运动的电子流轰击某些固体物质时，被轰物体能产生肉眼不可见的X光，X光的穿透本领很大，无论是人体的组织，还是几厘米厚的钢板，它们都能畅通无阻，因此可用来进行医疗诊断、工业探伤和物质分析等。这些能在X光照射下激发出荧光来的材料叫做闪烁材料，当然闪烁材料除了在X光照射下会发出荧光外，其他放射性同位素蜕变产生的高能射线如α射线、β射线照射它时也会发出荧光来。人们利用闪烁材料的这种特性做成了测量各种射线的探测器，即当高能射线照射到探测器上后，闪烁材料便发出荧光，射线愈强，发出的荧光愈强。这种荧光被光电转换系统接收并转变成电信号，经过电子线路处理后，便能在指示器上指示出来，因此人们将这种探测器比喻为看得见X光和其他高能射线的“眼睛”。

目前闪烁探测器上较为常用的是溴化镧、氯化镧等易潮解晶体，这些晶体具有高亮度、高分辨率等优点。掺铈的溴化镧单晶(LaBr₃:Ce³⁺)更是性能优异的闪烁体材料，具有比碘化钠、掺铈氯化镧等更为优异的闪烁性能。但由于溴化镧是吸湿性材料，暴露在空气中会由于吸收水分而潮解，从而会降低其闪烁体的特性，这将会导致图像分辨率大为降低，因此通常情况下都需要对易潮解晶体进行封装。同时为了增加探测器的发光效率，通常晶体需要包裹反射膜，由此带来了封装结构复杂，反射效率低等问题。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供了一种闪烁晶体封装方法、采用该方法得到的闪烁晶体封装结构及其应用。

本发明提供了一种闪烁晶体封装方法，包括：

在闪烁晶体表面进行化学镀银制备反射层，得到表面具有反射层的闪烁晶体；

对所述表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装。

进一步，所述在闪烁晶体表面进行化学镀银制备反射层，得到表面具有反射层的闪烁晶体的步骤包括：采用预浸液浸泡经过无水硅油超声清洗的闪烁晶体，随后采用化学镀银药水在其表面进行化学镀银制备反射层。

进一步，所述化学镀银药水包括：

有机溶剂，300g/L～400g/L；

银盐，0.5g/L～20g/L；

还原剂，0.1g/L～1g/L；

络合剂，10g/L～20g/L；

碱，80g/L～150g/L；

表面张力剂，0.1g/L～1g/L；

无水硅油，补足1L。

进一步，所述有机溶剂是选自乙二醇、丙三醇、甘油醚、甘油一酯和二甲苯中的至少一种；

所述银盐是选自硝酸银、硫酸银、磷酸银、氯化银、碘化银和柠檬酸银中的至少一种；

所述还原剂是选自二甲胺基硼烷、二乙胺基硼烷、次亚磷酸钠、甲醛、乙二醇、甘油、葡萄糖和柠檬酸钠中的至少一种；

所述络合剂是选自硫脲、氯化钠、氯化钾、碘化钠和硫氰酸钠中的至少一种；

所述碱是氢氧化钠和/或碳酸钾；

所述表面张力剂是选自聚二甲基硅氧烷、聚醚改性二甲基硅氧烷、全氟辛酸、月桂醇醚磷酸酯和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

进一步，所述对所述表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装的步骤之前先对所述表面具有反射层的闪烁晶体的出光面进行抛光。

进一步，所述对所述表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装的步骤包括：将表面具有反射层的闪烁晶体安装入封装壳体，然后将窗口片与封装壳体连接以便将表面具有反射层的闪烁晶体封闭在封装壳体内部。

进一步，所述将窗口片与封装壳体连接是采用无水环氧胶将窗口片与封装壳体粘结。

进一步，所述闪烁晶体是碘化钠、溴化镧或氯化镧；所述闪烁晶体的形状是方形、圆柱形或圆锥形。

另一方面，本发明提供了一种闪烁晶体封装结构，采用上述的闪烁晶体封装方法得到，反射率在90％以上。

另一方面，本发明提供了一种闪烁晶体探测器，包括上述的闪烁晶体封装结构。

相比于现有技术，采用本发明的闪烁晶体封装方法能够得到结构简单的闪烁晶体封装结构，其反射效率高，闪烁晶体不易潮解。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

针对目前碘化钠、溴化镧或氯化镧等易潮解闪烁晶体在封装时因需要包裹反射膜而造成封装结构复杂、反射效率低以及封装时出现的防潮效果差等问题，本发明的发明人通过研究，采用化学镀银在闪烁晶体表面形成反射膜来代替包裹反射膜，并对化学镀银的工艺和采用的化学镀银药水进行优化，从而有效解决了目前对易潮解闪烁晶体进行封装时存在的封装结构复杂、反射效率低以及封装效果不佳造成防潮效果差等问题。

第一方面，本发明提供了一种闪烁晶体封装方法，包括：

S101，制备反射层：在闪烁晶体表面进行化学镀银制备反射层，得到表面具有反射层的闪烁晶体，其中反射层的厚度是5μm～10μm。

S102，无水封装：将步骤S101得到的表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装。

在本发明的闪烁晶体封装方法中，采用化学镀的方法在闪烁晶体表面形成反射层。相比于对闪烁晶体包裹反射膜，通过化学镀形成反射层极大地简化了封装结构和封装步骤，进而提高了封装效率。目前，在制备放射膜方面，还有采用离子束溅射、电子束蒸发等方法，但是，由于晶体具有潮解性，晶体需要保存在油中，离子束溅射、电子束蒸发都需要对表面残余的油脂进行清洁，否则膜层无法固着，除油需要用到去离子水，容易导致晶体表面潮解，使反射效率降低。

其中，所谓化学镀，是金属沉积的重要方法，在非导体以及不规则几何体的表面金属化上有着广泛的应用，化学镀是不外加电流，控制镀液中离子受引发还原进而进行自催化还原的金属沉积过程。通过对温度、镀液离子浓度、pH值等实验条件的控制，可以有效地控制金属镀层的生长。

在本发明的闪烁晶体封装方法中，发明人还对化学镀银药水进行了改进。本发明的闪烁晶体封装方法采用的化学镀银药水包括：

有机溶剂，300g/L～400g/L；

银盐，0.5g/L～20g/L；

还原剂，0.1g/L～1g/L；

络合剂，10g/L～20g/L；

碱，80g/L～150g/L；

表面张力剂，0.1g/L～1g/L；

无水硅油，补足1L。

可选地，有机溶剂是选自乙二醇、丙三醇、甘油醚、甘油一酯和二甲苯中的至少一种；

可选地，银盐是选自硝酸银、硫酸银、磷酸银、氯化银、碘化银和柠檬酸银中的至少一种；

可选地，还原剂是选自二甲胺基硼烷、二乙胺基硼烷、次亚磷酸钠、甲醛、乙二醇、甘油、葡萄糖和柠檬酸钠中的至少一种；

可选地，络合剂是选自硫脲、氯化钠、氯化钾、碘化钠和硫氰酸钠中的至少一种；

可选地，碱是氢氧化钠和/或碳酸钾；

可选地，表面张力剂是选自聚二甲基硅氧烷、聚醚改性二甲基硅氧烷、全氟辛酸、月桂醇醚磷酸酯和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

本发明的闪烁晶体封装方法采用的化学镀银药水可采用一般方法将上述组分均匀混合而制成。

本发明的闪烁晶体封装方法采用的化学镀银药水不以水为溶剂，而是采用无水硅油作为溶剂。所谓“无水硅油”，是指含水率低于0.001％的硅油，其优点是不含水，防止晶体潮解。

在本发明的闪烁晶体封装方法中，发明人还对化学镀银的工艺进行了改进。在对闪烁晶体进行化学镀银之前先采用无水硅油作为清洗剂对闪烁晶体进行超声清洗。目前超声清洗一般采用去离子水，本发明采用无水硅油作为清洗剂，其优点是防止晶体潮解。

优选地，步骤S101制备反射层包括采用预浸液浸泡经过无水硅油超声清洗的闪烁晶体，随后采用化学镀银药水在其表面进行化学镀银制备反射层。具体地，步骤S101制备反射层包括：

S1011：采用无水硅油对闪烁晶体进行超声清洗，例如，可以在室温下清洗2分钟。

S1012：将步骤S1011经过超声清洗的闪烁晶体浸泡入预浸液中(例如在室温下浸泡30分钟)，随后沉降分离。本步骤采用的预浸液是不包括银盐的上述化学镀银药水。由于预浸液不含水，因此能够实现很好的防潮效果。

S1013：采用上述化学镀银药水在步骤S1012经过预浸的闪烁晶体表面进行化学镀银以制备反射层。具体地，在预浸液中逐滴加入镀银药水，同时采用超声波搅拌加热，反应3-6小时直至所有晶体表面都均匀沉积上5-10μm的镀银层。

S1014：对表面形成反射层的闪烁晶体进行清洗，具体是，硅油冲洗后去离子水清洗20秒。

S1015：干燥处理，具体可以采用常规操作，例如，在烘箱中100℃烘烤10分钟。

优选地，在步骤S102之前先进行S1020：将步骤S101得到的表面具有反射层的闪烁晶体的出光面进行抛光。因为化学镀银后晶体所有表面都有镀银层，荧光不能出射，需要抛光出光面将出光面的镀银层去除。

优选地，步骤S102无水封装包括将表面具有反射层的闪烁晶体安装入封装壳体，然后将窗口片与封装壳体连接以便将表面具有反射层的闪烁晶体封闭在封装壳体内部。具体地，步骤S102无水封装包括：

S1021：将出光面经过抛光的表面具有反射层的闪烁晶体安装入封装壳体。

S1022：采用无水环氧胶将窗口片粘结到封装壳体上，从而使闪烁晶体封闭在封装壳体内部。

本发明的闪烁晶体封装方法可用于碘化钠、溴化镧或氯化镧等易潮解闪烁晶体，闪烁晶体可以是方形、圆柱形或圆锥形等形状。

本发明的闪烁晶体封装方法采用的各种试剂均可通过市购获得。

第二方面，本发明提供了一种闪烁晶体封装结构，采用本发明提供的闪烁晶体封装方法得到。具体的，该闪烁晶体封装结构包括闪烁晶体、封装壳体和窗口片，窗口片与封装壳体连接并将闪烁晶体封闭在封装壳体的内部，并且闪烁晶体表面具有银反射层。

本发明的闪烁晶体封装结构具有结构简单的优点。此外，本发明的闪烁晶体封装结构还具有反射效率高的优点，具体地，反射率高于90％。

对于闪烁晶体封装结构以及其各组成部分的尺寸，本领域技术人员可以根据实际情况来进行合理选择，此处不作赘述。

第三方面，本发明还提供了一种闪烁晶体探测器，其包括本发明的闪烁晶体封装结构。闪烁晶体探测器例如是钻探用辐射探测器。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中采用的各种物质均可市场购买获得。其中，无水硅油为脱水处理道康宁有机硅油PMX200。

实施例1

本实施例采用的化学镀银药水的组成如下：

乙二醇：400g/L

硝酸银：0.5g/L

二乙胺基硼烷：10g/L

氯化钠：10g/L

氢氧化钠：150g/L

全氟辛酸：0.1g/L

无水硅油：补足1L

本实施例的封装方法是：取一块φ30×30的溴化镧晶体，标记其两个φ30面为A、B面，将溴化镧晶体放置到无水硅油中超声清洗3min、并冲洗3遍后用预浸液浸泡、沉降分离后逐滴加入1L本实施例的镀银药水同时超声搅拌并加热至60℃反应3小时。产物沉降分离后清洗、分离、干燥。采用电子显微镜(SEM)观察闪烁晶体表面镀层的状态，并用能谱(EDS)分析，结果表明银粉已较好地包覆在晶体表面。

将化学镀银后的圆柱状溴化镧晶体的A面作为出光面并进行抛光，之后将溴化镧晶体安装入配套的封装壳体中，并采用无水环氧胶将窗口片和封装壳体密封好。

实施例2

本实施例采用的化学镀银药水的组成如下：

乙二醇：200g/L

甘油一酯：100g/L

柠檬酸银：20g/L

二乙胺基硼烷：10g/L

氯化钠：10g/L

硫氰酸钠：10g/L

碳酸钾：80g/L

聚二甲基硅氧烷：1g/L

无水硅油：补足1L

本实施例的封装方法是：取一块30×30×40mm的氯化镧晶体，标记其两个30×30mm面为C、D面，将氯化镧晶体放置到无水硅油中超声清洗3min、并冲洗3遍后用预浸液浸泡、沉降分离后逐滴加入1L本实施例的镀银药水同时超声搅拌并加热至60℃反应4小时。产物沉降分离后清洗、分离、干燥。采用电子显微镜(SEM)观察闪烁晶体表面镀层的状态，并用能谱(EDS)分析，结果表明银粉已较好地包覆在晶体表面。

将化学镀银后的圆柱状氯化镧晶体的C面作为出光面并进行抛光，之后将氯化镧晶体安装入配套的封装壳体中，并采用无水环氧胶将窗口片和封装壳体密封好。

对实施例1和实施例2得到的封装结构的防潮性进行测试，采用恒温恒湿试验箱测试，经过恒温恒湿试验箱测试无潮解，温度60℃，湿度90％。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种闪烁晶体封装方法，其特征在于，包括：

在闪烁晶体表面进行化学镀银制备反射层，得到表面具有反射层的闪烁晶体；

对所述表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装；

其中，所述在闪烁晶体表面进行化学镀银制备反射层，得到表面具有反射层的闪烁晶体的步骤包括：采用预浸液浸泡经过无水硅油超声清洗的闪烁晶体，随后采用化学镀银药水在其表面进行化学镀银制备反射层；

其中，所述化学镀银药水包括：

有机溶剂，300g/L～400g/L；

银盐，0.5g/L～20g/L；

还原剂，0.1g/L～1g/L；

络合剂，10g/L～20g/L；

碱，80g/L～150g/L；

表面张力剂，0.1g/L～1g/L；

无水硅油，补足1L。

2.根据权利要求1所述的闪烁晶体封装方法，其特征在于，所述有机溶剂是选自乙二醇、丙三醇、甘油醚、甘油一酯和二甲苯中的至少一种；

所述银盐是选自硝酸银、硫酸银、磷酸银、氯化银、碘化银和柠檬酸银中的至少一种；

所述还原剂是选自二甲胺基硼烷、二乙胺基硼烷、次亚磷酸钠、甲醛、乙二醇、甘油、葡萄糖和柠檬酸钠中的至少一种；

所述络合剂是选自硫脲、氯化钠、氯化钾、碘化钠和硫氰酸钠中的至少一种；

所述碱是氢氧化钠和/或碳酸钾；

所述表面张力剂是选自聚二甲基硅氧烷、聚醚改性二甲基硅氧烷、全氟辛酸、月桂醇醚磷酸酯和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的闪烁晶体封装方法，其特征在于，所述对所述表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装的步骤之前先对所述表面具有反射层的闪烁晶体的出光面进行抛光。

4.根据权利要求1所述的闪烁晶体封装方法，其特征在于，所述对所述表面具有反射层的闪烁晶体进行无水封装的步骤包括：将表面具有反射层的闪烁晶体安装入封装壳体，然后将窗口片与封装壳体连接以便将表面具有反射层的闪烁晶体封闭在封装壳体内部。

5.根据权利要求4所述的闪烁晶体封装方法，其特征在于，所述将窗口片与封装壳体连接是采用无水环氧胶将窗口片与封装壳体粘结。

6.根据权利要求1所述的闪烁晶体封装方法，其特征在于，所述闪烁晶体是碘化钠、溴化镧或氯化镧；

所述闪烁晶体的形状是方形、圆柱形或圆锥形。

7.一种闪烁晶体封装结构，采用权利要求1至6任一项所述的闪烁晶体封装方法得到，其特征在于，反射率在90％以上。

8.一种闪烁晶体探测器，其特征在于，包括权利要求7所述的闪烁晶体封装结构。