CN113999529B - 一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用，所述聚硅氧烷闪烁体由闪烁体基质以及共掺于基质中的主荧光染料、次荧光染料组成，所述闪烁体基质为聚二甲基二苯基硅氧烷‑聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物，主荧光染料为PPO，次荧光染料选自POPOP、TPB、DPA中的至少一种。所得聚硅氧烷基塑料闪烁体具有中子和伽马甄别能力，且具有良好的抗辐照性能、械强度、稳定性、光学透明度，可用于中子探测器。

Description

一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用，属于有机闪烁体制备技术领域。
背景技术
中子探测技术被广泛应用在国防安全、爆炸物和放射性污染物的检测、航空航天、核医学、资源储量的探明以及核物理实验等领域。因为中子本身具有不带电和能量范围宽的特点，所以对中子的探测相较于对其他类型的核辐射探测更为复杂；核爆炸、核物理反应等在释放大量中子的同时也伴随发射的伽马射线(γ)本底辐射。因此，中子探测中的中子/伽马射线(n/γ)甄别直接影响中子通量及能谱测量的精度。研制出能适用于脉冲混合辐射场的n/γ甄别探测器具有十分重要的意义。
目前，用于中子-伽马射线的甄别方法按原理可以分为两类：飞行时间法(Time ofFlight,TOF)和脉冲形状甄别法(Pulse shape Discrimination,PSD)。相较于对起止时间测量有精度要求和难以扣除偶然背景事件影响的飞行时间法，脉冲形状甄别技术探测系统结构紧凑，可基于上升时间法和电荷比较法等，通过ADC、DSP等高速数字处理器实现n/γ射线的高精度甄别。它的工作原理是利用不同入射粒子与探测材料相互作用产生的电离能力的不同，使得探测脉冲信号中快(<10ns)、慢(～2ns)荧光组分在总积分信号的占有比值不同而实现对入射粒子的甄别。中子、伽马都是中性粒子，但与探测材料作用所产生的反冲质子、电子电离能力的差异，因此可基于PSD方法实现对n/γ射线甄别。通常，用于定性描述一个探测器PSD能力的参数被定义为：PSD＝Qtail/Qtotal。利用PSD计数谱，引入品质甄别因子(Figure of merit,FoM)来度量探测器的n/γ射线的甄别能力，它是中子、伽马PSD分布峰值的中心距离与两者FWHM(半高全宽)的之和的比值。
基于PSD方法的常用n/γ甄别探测器有气体、液体和单晶闪烁体探测器。然而有些这些探测器制备成本、尺寸甚至使用上的困难，在一些大型核物理实验装置中难以被大规模使用。2011-2012年，N.Zaitseva首次制备出了基于PSD方法的n/γ甄别闪烁体，其n/γ甄别能力优于液体闪烁体(EJ301)(N.Zaitseva,B.L.Rupert,I.Paweiczak,et al.Plasticscintillators with efficient neutron/gamma pulse shape discrimination[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,2012,668:88-93)，证明了低成本的塑料闪烁体也具有很好的脉冲n/γ甄别能力。目前，大多数报道或商用的聚苯乙烯(PS)和聚甲基苯乙烯(PVT)闪烁体中通常会掺杂过量的荧光染料，以便获得较高FOM值，但闪烁体光学透明度、力学稳定性能会随时间延伸逐步衰减。此外其所含的C-H键键能较小，在强辐照环境下易断裂从而导致闪烁体的黄化现象，探测效率显著下降。
因此，制备一种低浓度染料掺杂的具有n/γ有效甄别和抗辐照的闪烁体及其方法，成为研究热点之一。
研究表明，聚硅氧烷基质是一种强抗辐照能力材料，其主链结构中的Si-O键能高达4.61eV、键长
Figure BDA0003344117270000031
侧链苯基中的π电子，能够吸收部分辐射从而起到保护主链的作用，即使在250℃高温的强辐射环境中仍可保持优良的热力学稳定性能，然而现有技术还没有具有优异强抗辐照能力、良好n/γPSD性能、优异力学硬度和光学透明度的闪烁体聚硅氧烷基质闪烁体的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有较高光学透明度、良好n/γ甄别性能和强抗辐照能力的聚硅氧烷基塑料闪烁体及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案是：
本发明一种聚硅氧烷基塑料闪烁体，所述聚硅氧烷基塑料闪烁体由闪烁体基质以及共掺于基质中的主荧光染料、次荧光染料组成，所述闪烁体基质为聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(PMPS)，主荧光染料为PPO，次荧光染料选自POPOP、TPB、DPA中的至少一种。
本发明提供的聚硅氧烷闪烁体，以聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(PMPS)作为闪烁体基质，主荧光染料为2,5-二苯基噁唑(PPO)，次荧光染料(移波剂)为1,4-双(5-苯基-2-恶唑)苯(POPOP)、1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(TPB)或9,10-二苯基蒽(DPA)。发明人意外的发现，将聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷作为闪烁体基质，再加入上述范围的主荧光染料、次荧光染料所得聚硅氧烷基塑料闪烁体具有良好的n/γ甄别能力，同时具有很好的抗辐照性能、机械强度和光学稳定性。
优选的方案，所述主荧光染料在聚硅氧烷基塑料闪烁体中的质量分数为3-5％，所述次荧光染料(移波剂)在聚硅氧烷基塑料闪烁体中的质量分数为0.01-0.08％。
发明人发现，当主荧光染料PPO质量分数为3-5wt％、移波剂POPOP 0.01-0.08wt％时，制备的聚硅氧烷基塑料闪烁体在具有较好光学透明度的同时具有最好的n/γ分辨能力。
进一步的优选，当次荧光染料选自POPOP时，次荧光染料在聚硅氧烷基塑料闪烁体中的质量分数为0.02-0.08％，当次荧光染料选自TPB或DPA时，次荧光染料在聚硅氧烷基塑料闪烁体中的质量分数为0.03-0.05％
可以看出，在本发明中，聚硅氧烷闪烁体基质中掺杂的荧光染料质量很少，这首先是由于聚硅氧烷基底对染料的溶解度远不如PS或PVT基底，更重要的是发明人发现，在选用本发明的荧光染料时，低浓度染料掺杂的情况下，聚硅氧烷闪烁体也可以实现相对高的发光产额和有效的n/γ甄别。
当然在本发明中，主荧光染料PPO的加入量还是需要有效控制的，当主荧光染料PPO加入过多时，PPO的自吸收现象将更加明显，导致闪烁体整体发光效率的降低；而且接近PPO溶解的阈值，会出现明显的染料沉淀使得聚硅氧烷闪烁体光学透明度变差，还会导致聚硅氧烷闪烁体的机械性能下降。PPO加入过少时，会导致闪烁体中单重态密度不足，使得单重态相互碰撞的几率减少，最终导致闪烁体n/γ甄别能力的下降。
同时，次荧光染料POPOP/TPB/DPA的加入量同样需要有效控制的。当POPOP加入过多时，POPOP较强的染色能力使得闪烁体明显发黄导致闪烁体光学透明度下降并进一步导致闪烁体发光效率降低；过量的POPOP在聚硅氧烷基质中并不能稳定存在，容易发生染料沉淀导致闪烁体的光学寿命降低。当TPB或DPA加入过多时，闪烁体中会出现明显的染料沉淀导致光学透明度下降进一步导致发光效率降低和使用寿命缩短；接近POPOP/TPB/DPA溶解的阈值时，闪烁体几乎丧失透明度且机械性能明显下降。POPOP/TPB/DPA加入量过少时，移波剂对PPO自吸收现象的消除作用减弱，导致闪烁体发光效率降低。
优选的方案，所述聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物由乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚获得，所述乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比为7-10：1-3。
发明人发现，基质比例在此范围内，聚合反应进行最为彻底，聚合所得的聚硅氧烷闪烁体具有更好的机械性能和稳定性。
优选的方案，所述次荧光染料为POPOP。
发明人发现，当次荧光染料为POPOP时，所制备的聚硅氧烷闪烁体中n/γ甄别能力最佳。
本发明一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法，包括如下步骤：将乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合获得前驱体A，将主荧光染料与次荧光染料加入前驱体A中，然后加入Karstedt催化剂获得前驱体B，聚合反应，即得聚硅氧烷基塑料闪烁体。
优选的方案，所述聚二甲基二苯基硅氧烷中，苯基的质量分数为22-25％，所述聚甲基苯基甲基氢硅氧烷中，苯基的质量分数为45-50％。
优选的方案，所述前驱体A中，乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比为7-10：1-3。
发明人发现，在本发明的聚合反应过程中，将乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比控制在上述范围内，最终所得聚硅氧烷闪烁体的透明度最佳，力学性能最优。
而若乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷加入量过多会导致前驱体A的粘度过大，使得后续加入的Karstedt催化剂难以均匀分散在前驱体A中，造成聚合反应产物不均匀；乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷加入量过少会导致聚合反应产物硬度不足、机械性能和力学性能明显下降。
优选的方案，所述前驱体B中，主荧光染料的质量分数为3-5％，所述前驱体B中，次荧光染料的质量分数为0.02-0.08wt％。
优选的方案，所述Karstedt催化剂中，Pt载量为2wt％，每克前驱体A中加入Karstedt催化剂0.5-1ul。
发明人发现，Karstedt催化剂的加入量低于每克前驱体0.5微升时，基质聚合不够彻底，Karstedt催化剂的加入量高于每克前驱体1微升时，聚合反应速度进行过快，聚合过程不平稳有气泡出现。
在实际操作过程中，将装有前驱体B的容器采用保鲜膜封口后再进行聚合反应。
优选的方案，所述聚合反应的温度为35-50℃，聚合反应的时间为3-5h。
发明人发现，在本发明的聚合反应过程中，聚合反应发生的温度会影响所得闪烁体的均一性。聚合反应发生的温度较高，所得闪烁体内部会出现很多气泡；聚合反应发生的温度较低，两种聚硅氧烷基质不能完全聚合；在35-50℃条件下进行聚合反应，反应进行的最为平稳，所得到的聚硅氧烷闪烁体品质优良，几乎不含气泡和产生变形。
本发明还提供一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的应用，将所述聚硅氧烷基塑料闪烁体应用于中子探测器。
原理与优势
本发明中提供的聚硅氧烷塑料闪烁体，以聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物(PMPS)作为闪烁体基质，聚硅氧烷基质是天然的弹性体具有良好的机械性能且十分粘稠易于聚合加工成固体，主荧光染料为2,5-二苯基噁唑(PPO)，次荧光染料(移波剂)为1,4-双(5-苯基-2-恶唑)苯(POPOP)、1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(TPB)或9,10-二苯基蒽(DPA)。发明人意外的发现，将聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷作为闪烁体基质，再加入上述范围的主荧光染料、次荧光染料所得聚硅氧烷基塑料闪烁体具有良好的n/γ甄别能力，同时具有很好的抗辐照性能、机械强度和光学稳定性。
本发明的能量转移过程表述如下：将聚硅氧烷基质作为能量给体，主荧光染料(PPO)作为第一能量受体，移波剂(POPOP/TPB/DPA)作为第二能量受体。
PPO染料本身具有良好的PSD能力；在射线粒子与基质作用的过程中，PPO的添加为分子间单态(S态)和三重态(T态)激子能量转移提供了相互传递的网络通路。由于PPO所起的中间能量转移作用，其较高的光产额可以改善聚硅氧烷基质较差的发光能力，荧光发射范围在340～420nm并处于聚硅氧烷基质吸收带边缘，峰值发光在365nm附近；因此，PPO与聚硅氧烷基质(吸收峰～270nm)之间显示出了两者较好的光学匹配性，利于闪烁体PSD甄别性能。
移波剂POPOP、TPB、DPA三者均具有较高的发光产额，自吸收效应小，荧光发射谱峰值范围均在420-480nm之间，与后端实施光-电转换的光电倍增管光电转换效率峰值波长匹配。
本发明的优点和效果是：相比商用苯乙烯或PVT基质的EJ276、EJ299等闪烁体，本发明中所采用的聚硅氧烷基质抗辐照能力更强，可适用于强脉冲混合辐射场；在确保具有良好n/γ甄别能力的前提下，低染料掺杂浓度(＜5wt％)使得所制备的闪烁体具有更好的光学稳定性(在≥6个月后无染料沉淀现象)，闪烁体制造成本更低；聚硅氧烷基质是天然的弹性体，粘稠状，在较低温(～35℃)、空气环境下便可实现快速合成；因此，本发明的聚硅氧烷基闪烁体制备方法具有可观的商业化应用前景。
附图说明
图1是实施例1所制备的聚硅氧烷塑料闪烁体的发射-荧光谱图。
图2是实施例1所制备的聚硅氧烷塑料闪烁体的n/γ脉冲形状甄别-FOM值模拟图谱。
图3是实施例1所制备的n/γPSD品质甄别因子FoM的数值模拟图。
图4是实施例6所制备的聚硅氧烷塑料闪烁体的发射-荧光谱图。
图5是实施例7所制备的聚硅氧烷塑料闪烁体的发射-荧光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明PPO/POPOP/TPB/DPA/聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法进一步说明。
实施例1
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.12g的PPO、0.0012g的POPOP掺入前驱体A混合并超声均匀，得到PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入2ul的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/POPOP/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360.0nm处，POPOP的荧光发射峰峰值在420nm处。所得闪烁体光学透明度良好，品质均一，内部没有气泡，具有n/γ甄别能力，脉冲形状甄别品质因子FOM＝1.05。
以下是基于实施例1中所得到的聚硅氧烷闪烁体的荧光发射光谱和n/γ脉冲形状甄别谱及PSD品质甄别因子(FOM)的数值模拟图的分析：
1.发射-荧光光谱分析
图1是实施例1的发射-荧光谱图:由图可见，在360nm处有一个发射峰，这是PPO的特征发射峰；在420nm处也出现了一个发射峰，这是POPOP的特征发射峰；激发光线的波长为270nm处在PPO的吸收范围以内，PPO对激发光线的吸收强于POPOP，但POPOP的发射峰强度仍然高于PPO，这表明在PPO和POPOP之间发生了能量转移。此外在图谱中PPO的发射峰并没有失真变形说明PPO和POPOP之间发生的能量转移机制为非辐射能量转移。其次，POPOP的加入使得闪烁体的发光强度明显提高，发光波长红移到420nm处。
实施例1中闪烁体最终的发光波长在420nm,说明该方法制备的闪烁体发出的光能更好的与光电倍增管匹配。
2.n/γ脉冲形状甄别-FOM值模拟图谱
图2为实施例1的n/γ脉冲形状甄别谱。由图可见，两团信号清晰的出现在时间计数谱上，位于高Qtail/Qtotal为中子的脉冲信号形状，位于低Qtail/Qtotal为gamma射线的脉冲信号形状，两团信号之间分隔清晰，这说明实施例1所得的闪烁体能实现n/γ甄别。
图3为实施例1的n/γPSD品质甄别因子FoM的数值模拟图。由图可见，从左到右依次为γ射线和中子的脉冲信号，经过计算实施例1中闪烁体的FoM值为1.05。
这说明该实施例1闪烁体能实现中子和γ射线甄别，PSD品质因子FOM值为1.05。
实施例2
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.15g的PPO、0.0012g的POPOP掺入前驱体A混合并超声均匀，得到PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入2ul的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/POPOP/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360nm处，POPOP的荧光发射峰峰值在420nm处。所得闪烁体光学透明度良好，品质均一，内部没有气泡，具有n/γ甄别能力，脉冲形状甄别品质因子FOM＝0.89。
实施例3
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.09g的PPO、0.0012g的POPOP掺入前驱体A混合并超声均匀，得到PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入2ul的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/POPOP/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360nm处，POPOP的荧光发射峰峰值在420nm处。所得闪烁体光学透明度良好，品质均一，内部没有气泡，具有n/γ甄别能力，脉冲形状甄别品质因子FOM＝0.88。
实施例4
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.12g的PPO、0.0006g的POPOP掺入前驱体A混合并超声均匀，得到PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入2ul的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/POPOP/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360nm处，POPOP的荧光发射峰峰值在420nm处。所得闪烁体光学透明度良好，品质均一，内部没有气泡，具有n/γ甄别能力，脉冲形状甄别品质因子FOM＝0.87。。
实施例5
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.15g的PPO、0.0012g的POPOP掺入前驱体A混合并超声均匀，得到PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/POPOP/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入20ppm的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/POPOP/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360nm处，POPOP的荧光发射峰峰值在420nm处。所得闪烁体光学透明度稍差，品质均一，内部没有气泡，具有n-gamma甄别能力，脉冲形状甄别品质因子FOM＝0.88。
实施例6
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.12g的PPO、0.0012g的TPB掺入前驱体A混合并超声均匀，得到PPO/TPB/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/TPB/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入2ul的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/TPB/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360nm处，TPB的荧光发射峰峰值在446nm处。所得闪烁体光学透明度好，品质均一，内部没有气泡，具有n-gamma甄别能力，脉冲形状甄别品质因子FOM＝0.84。
以下是基于实施例6的发射-荧光光谱分析：
图4是实施例6的发射-荧光谱图:由图可见，在360nm处有一个发射峰，这是PPO的特征发射峰；在446nm处也出现了一个发射峰，这是TPB的特征发射峰；在加入TPB后聚硅氧烷闪烁体的发光强度增加，发射波长也红移至446nm处，该波长能更好的与光电倍增管匹配。
实施例6中闪烁体最终的发光波长在446nm,说明该方法制备的闪烁体发出的光能更好的与光电倍增管匹配。
实施例7
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.12g的PPO、0.0012g的DPA掺入前驱体A混合并超声均匀，得到PPO/DPA/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/DPA/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入2ul的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/DPA/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360nm处，DPA的荧光发射峰峰值在430nm处。所得闪烁体光学透明度好，品质均一，内部没有气泡，具有n/γ甄别能力，脉冲形状甄别品质因子FOM＝0.80。
以下是基于实施例7的发射-荧光光谱分析：
图5是实施例7的发射-荧光谱图:由图可见，在360nm处有一个发射峰，这是PPO的特征发射峰；在430nm处也出现了一个发射峰，这是DPA的特征发射峰；在加入DPA后聚硅氧烷闪烁体的发光强度增加，发射波长也红移至430nm处，该波长能更好的与光电倍增管匹配。
实施例1中闪烁体最终的发光波长在430nm,说明该方法制备的闪烁体发出的光能更好的与光电倍增管匹配。
实施例8
(1)按10：1的质量比将2.727g乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷、0.273g氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合后搅拌均匀记为前驱体A；按质量百分比将0.12g的PPO、0.0012g的BPEA掺入前驱体A中混合并超声均匀，得到PPO/BPEA/聚硅氧烷混合前驱体溶液。
(2)将PPO/BPEA/聚硅氧烷混合前驱体溶液加入圆柱形的敞口西林瓶中，然后加入2ul的Karstedt催化剂，轻微晃动使得催化剂分散均匀，最后用防水胶带将西林瓶封口。
(3)将封口的西林瓶放入真空干燥箱中，以5℃/h平缓升温至35℃，在35℃下保温3-5h。将西林瓶取出击碎即可得到完全聚合完成的PPO/BPEA/聚硅氧烷闪烁体。在聚合完成的聚硅氧烷基质中，PPO的荧光发射峰峰值在360nm处，BPEA的荧光发射峰峰值在510nm处。所得闪烁体光学透明度好，品质均一，内部没有气泡，但所得闪烁体未展现出n/γ甄别能力。
对比例1
其他条件均与实施例1相同，仅是未在聚硅氧烷基质中添加移波剂POPOP，测试发现所得聚硅氧烷闪烁体仅在360nm处出现一个荧光发射峰，420.0nm处的荧光发射峰消失。与实施例1相比，所得闪烁体发光强度降低、发光波长为360.0nm不能很好的与光电倍增管匹配、没有n/γ脉冲形状甄别能力。
对比例2
其他条件均与实施例1相同，仅是未添加初级荧光染料PPO，经过荧光光谱测试，所得闪烁体仅在420nm处出现一个荧光发射峰。与实施例1相比，所得闪烁体未表现出n/γ甄别能力。
对比例3
其他条件均与实施案例1相同，将PPO在聚硅氧烷基质中的质量百分比提高到6.0wt％。PPO的浓度过高已经接近PPO溶解的阈值使得所得闪烁体中PPO的自吸收作用明显增强，且PPO出现明显的聚集。与实施例1相比，所得闪烁体透明度和发光强度明显降低，在放置两个月后，出现明显染料沉淀，其光学寿命低于实施例1所得闪烁体。
对比例4
其他条件均与实施例1相同，将POPOP在聚硅氧烷基质中的质量百分比提高到1.0％。POPOP的高浓度使得其染色效果更加明显，闪烁体开始出现明显的发黄和不透明，已经无法进行荧光性能、透明度和n/γPSD能力的表征。相比于实施例1中的闪烁体，所得闪烁体在外光灯下发光强度大大降低；放置两个月后，出现明显染料沉淀，其光学寿命低于案例1闪烁体；其机械性能和物理稳定性也明显降低。
对比例5
其他条件均与实施案例1相同，将聚合反应温度提高到55℃。聚合反应速度明显加快，对比案例1所得聚合反应产物，聚合后的产物中出现了许多气泡，均一性很差且外观形状不规则。
对比例6
其他条件均与实施案例1相同，将引发聚合反应的Karstedt催化剂换成偶氮二异丁腈(AIBN)，聚合反应根本不能进行，不能得到固态的聚合反应产物。
对比例7
其他条件均与实施例6同，仅是将聚硅氧烷基质中掺入的TPB质量百分比由0.04wt％提高到0.2wt％，通过荧光光谱测试得知，所得闪烁体在360.0nm与446.0nm处各出现一个荧光发射峰，与实施案例6相同。但是，相比于实施例6，所得闪烁体颜色加深，在紫外光照射下发光强度明显减弱。
对比例8
其他条件均与实施例7相同，仅是将聚硅氧烷基质中掺入的DPA质量百分比由0.04wt％提高到0.2wt％，通过荧光光谱测试得知，所得闪烁体在360.0nm与430.0nm处各出现一个荧光发射峰，与实施例7相同。但是，相比于实施例7，所得闪烁体光学透明度明显下降，发光强度降低，经过两个月静置之后，出现明显的染料沉淀。

Claims (8)

1.一种聚硅氧烷基塑料闪烁体，其特征在于：所述聚硅氧烷基塑料闪烁体由闪烁体基质以及共掺于基质中的主荧光染料、次荧光染料组成，所述闪烁体基质为聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物，主荧光染料为PPO，次荧光染料为POPOP；
所述主荧光染料在聚硅氧烷基塑料闪烁体中的质量分数为3-5％，所述次荧光染料在聚硅氧烷基塑料闪烁体中的质量分数为0.01-0.08wt％。
2.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体，其特征在于：所述聚二甲基二苯基硅氧烷-聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚物由乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷共聚获得，所述乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷与氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比为7-10：1-3。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷混合获得前驱体A，将主荧光染料与次荧光染料加入前驱体A中，然后加入Karstedt催化剂获得前驱体B，聚合反应，即得聚硅氧烷基塑料闪烁体。
4.根据权利要求3所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法，其特征在于：所述前驱体A中，乙烯基封端的聚二甲基二苯基硅氧烷和氢封端的聚甲基苯基甲基氢硅氧烷的质量比为7-10：1-3。
5.根据权利要求3所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法，其特征在于：所述前驱体B中，主荧光染料的质量分数为3-5％，所述前驱体B中，次荧光染料的质量分数为0.01-0.08wt％。
6.根据权利要求3所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法，其特征在于：所述Karstedt催化剂中，Pt载量为2wt％，每克前驱体A中加入Karstedt催化剂0.5-1ul。
7.根据权利要求3所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的制备方法，其特征在于：所述聚合反应的温度为：35-50℃，聚合反应的时间为3-5h。
8.根据权利要求1-2任意一项所述的一种聚硅氧烷基塑料闪烁体的应用，其特征在于：将所述聚硅氧烷基塑料闪烁体应用于中子探测器。
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