CN1958495A - 铽激活硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铽激活硅酸盐闪烁玻璃，以硅酸盐为基质，其中，该闪烁玻璃引入Tb3+为激活离子，Gd3+为敏化剂，BaF2为助熔剂，用熔融法制备，经定型，退火处理而成，其中，所述闪烁玻璃的配方为(按摩尔百分比计)：SiO2 (50－80mol％)；BaO(10－25mol％)；BaF2 (1.2－6.0mol％)；Na2O+K2O+Li2O(1－12mol％)；Al2O3 (0.1－1.2mol％)；Tb2O3 (0.2－4mol％)；Gd2O3 (0.2－3mol％)。该闪烁玻璃的制备方法包括将配方混合均匀后在1400－1450℃下用熔融法熔制3－6小时；将玻璃液倒入预热处理好的模具中定型；在马弗炉内600℃下保温3小时退火处理。优点是：工艺简单、组分易调、化学稳定性好、可拉制成光纤，发光强度高，发射峰位在550nm附近，对X射线实时成像、核技术应用有重要价值。

Description

铽激活硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及铽激活硅酸盐闪烁玻璃，属于发光材料领域，尤其是铽激活硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法。
背景技术
闪烁材料是一种吸收高能光子后发出可见光的光功能材料，近年来在高能物理、核物理、天体物理、地球物理、工业探伤、医学成像和安全检测等领域得到了广泛的应用。
闪烁晶体是目前研究最多、应用最广泛的闪烁体，如Bi4Ge3O12(BGO)、CeF3、PbWO4等。但晶体闪烁体存在着制备工艺复杂、生产周期长、成本高以及大尺寸单晶产生难度大等缺点，特别是传统的晶体生长技术难以保证掺杂离子的高浓度和均匀分布，进而无法实现材料的光学性能优化，这大大限制了其应用。而闪烁玻璃由于具有制备工艺简单、化学组分易调、易实现大尺寸、稳定性好和可拉制成纤维等优点，因此已成为世界各国致力研发的热点材料之一。
常用的闪烁玻璃基质材料有氟化物玻璃和氧化物玻璃。稀土掺杂氟化物闪烁玻璃其光产额较低、抗辐照损伤性能差、容易析晶，因而在高能X射线、γ射线探测中受到很大限制；而稀土掺杂氧化物玻璃通常发光强度比较高，其中稀土掺杂硅酸盐玻璃相对稀土掺杂磷酸盐、硼酸盐、磷硼酸盐玻璃而言表现尤为凸出，而化学性能更稳定，因而以硅酸盐玻璃为基质的闪烁玻璃以成为研究的热点。
国外对Tb3+掺杂硅酸盐玻璃的早期研究主要集中在紫外激发下的应用。1972年，Reada等人率先研制出适用于高能X射线(50～120kV)激发的Tb3+掺杂硅酸盐闪烁玻璃，但该闪烁玻璃的光产额较低，并且存在严重的余辉(U.S.Patent 3654172)。Buchanan等人在此基础上进一步研究了适用于5keV～16MeV激发能量范围内的Tb3+掺杂硅酸盐玻璃，发现加入Gd2O3能够显著提高发光强度，如果同时加入Ce2+/Ce3+或者Eu2+/Eu3+，不仅能获得较高的发光强度，同时也大大降低了余辉(U.S.Patent 5391320)，但给出的工艺参数范围很大。目前，以掺杂闪烁玻璃拉制成的闪烁光纤维其光产额已达到50ph/keV，并成功应用于临床医学。国内自2000年起也开始进行了掺Tb3+硅酸盐玻璃的研究，其工作主要涉及Tb2O3、Gd2O3含量和BaO/Cs2O之比，以及Ce离子对抑制掺Tb3+硅酸盐玻璃余辉的作用机理等，有关影响X射线成像灵敏度的光产额等的定量研究还尚未得到很好的开展。
发明内容
本发明的目的是提供一种发光强度高、制备工艺简单的闪烁玻璃。
为达上述目的，本发明提供一种铽激活硅酸盐闪烁玻璃，以硅酸盐为基质，其中，所述的闪烁玻璃引入Tb3+为激活离子，Gd3+为敏化剂，BaF2为助熔剂，用熔融法制备，经定型、退火处理而成。其中，所述闪烁玻璃的配方为(按摩尔百分比计)：
SiO2                     50～80mol％
BaO                       10～25mol％
BaF2                     1.2～6.0mol％
Na2O+K2O+Li2O         1～12mol％
Al2O3                   0.1～1.2mol％
Tb2O3                        0.2～4mol％
Gd2O3                        0.2～3mol％
本发明的再一个技术方案是提供一种铽激活硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，包括以下步骤：
第一步：配方(按摩尔百分比计)：
SiO2                          50～80mol％
BaO                            10～25mol％
BaF2                          1.2～6.0mol％
Na2O+K2O+Li2O              1～12mol％
Al2O3                        0.1～1.2mol％
Tb2O3                        0.2～4mol％
Gd2O3                        0.2～3mol％
第二步：将配方混合后在1400～1450℃下用熔融法熔制3～6小时；
第三步：将第二步制得的玻璃液倒入预热处理好的模具中定型；
第四步：在马弗炉内600℃下保温3小时进行退火处理。
所述配方具体可以为(按摩尔百分比计)：
SiO2                          69.18mol％
BaO                            16.67mol％
BaF2                          4.17mol％
Na2O                          1.91mol％
K2O                           1.80mol％
Li2O                          2.38mol％
Al2O3                        0.87mol％
Tb2O3                        1.95mol％
Gd2O3                        1.07mol％
利用铽激活硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，制成闪烁玻璃，再将闪烁玻璃拉制成光纤。
本发明的优点是：
1、制备工艺简单、化学组分易调、易实现大尺寸、化学稳定性好、可拉制成光纤；
2、Tb3+激活硅酸盐玻璃发光强度高、透明性好；
3、发射峰位又处于人眼最敏感的550nm附近，可与电荷耦合器件(CCD)的光谱响应很好的匹配，对X射线生物医学实时成像、核技术应用等方面具有重要的应用价值和现实意义。
附图说明
附图为本发明铽激活硅酸盐闪烁玻璃在X射线下Tb3+的5D4→7F5发射峰强度随着Tb2O3含量的变化关系图。
具体实施方式
实施例1
一种铽激活硅酸盐闪烁玻璃，以硅酸盐为基质，其特征在于：所述的闪烁玻璃引入Tb3+为激活离子，Gd3+为敏化剂，BaF2为助熔剂，用熔融法制备，经定型、退火处理而成。
一、制备工艺
第一步：配方(按摩尔百分比计)：
SiO2                     69.18mol％
BaO                       16.67mol％
BaF2                     4.17mol％
Na2O                     1.91mol％
K2O                     1.81mol％
Li2O                    2.38mol％
Al2O3                  0.87mol％
Tb2O3                  1.46mol％
Gd2O3                  1.56mol％
第二步：将配方充分混合均匀后在1400～1450℃下用熔融法熔制3～6小时；
第三步：将制得的玻璃液倒入预热处理好的模具中定型；
第四步：在马弗炉内进行退火处理，在600℃下保温3小时。
二、测试
将制得的玻璃切割成Φ10mm×8mm的样片，经抛光后测试X射线激发发射谱80kV，4mA(如附图所示)。
三、应用
利用铽激活硅酸盐闪烁玻璃的制备方法制成闪烁玻璃，再将闪烁玻璃拉制成光纤。
实施例2
其他均与实施例1相同，只是制备工艺中的配方不同。
配方(按摩尔百分比计)：
SiO2                        69.18mol％
BaO                          16.67mol％
BaF2                        4.17mol％
Na2O                        1.91mol％
K2O                         1.80mol％
Li2O                        2.38mol％
Al2O3                      0.87mol％
Tb2O3                   1.95mol％
Gd2O3                   1.07mol％
以此配方制得的铽激活硅酸盐闪烁玻璃，其发射峰强度接近最高值。
实施例3
其他均与实施例1相同，只是制备工艺中的配方不同。
配方(按摩尔百分比计)：
SiO2                   69.19mol％
BaO                     16.67mol％
BaF2                   4.17mol％
Na2O                   1.91mol％
K2O                    1.80mol％
Li2O                   2.38mol％
Al2O3                 0.87mol％
Tb2O3                 2.43mol％
Gd2O3                 0.58mol％

Claims (4)

1、一种铽激活硅酸盐闪烁玻璃，以硅酸盐为基质，其特征在于：所述的闪烁玻璃引入Tb3+为激活离子，Gd3+为敏化剂，BaF2为助熔剂，用熔融法制备，经定型，退火处理而成，其中，所述闪烁玻璃的配方为(按摩尔百分比计)：
SiO2                  50～80mol％
BaO                    10～25mol％
BaF2                  1.2～6.0mol％
Na2O+K2O+Li2O      1～12mol％
Al2O3                0.1～1.2mol％
Tb2O3                0.2～4mol％
Gd2O3                0.2～3mol％
2、一种铽激活硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：配方为(按摩尔百分比计)：
SiO2                50～80mol％
BaO                  10～25mol％
BaF2                1.2～6.0mol％
Na2O+K2O+Li2O    1～12mol％
Al2O3              0.1～1.2mol％
Tb2O3              0.2～4mol％
Gd2O3              0.2～3mol％
第二步：将配方充分混合均匀后在1400～1450℃下用熔融法熔制3～6小时；
第三步：将第二步制得的玻璃液倒入预热处理好的模具中定型；
第四步：在马弗炉内600℃下保温3小时进行退火处理。
3、根据权利要求2所述的铽激活硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于：所述配方具体为(按摩尔百分比计)：
SiO2            69.18mol％
BaO              16.67mol％
BaF2            4.17mol％
Na2O            1.91mol％
K2O             1.80mol％
Li2O            2.38mol％
Al2O3          0.87mol％
Tb2O3          1.95mol％
Gd2O3          1.07mol％
4、根据权利要求2或3所述的铽激活硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于：在制成闪烁玻璃后，再将闪烁玻璃拉制成光纤。
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