[发明专利]富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于发光材料领域，涉及闪烁玻璃材料及其制备方法与应用。具体地说，本发明涉及稀土离子或过渡金属离子掺杂的富含Gd₂O₃硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用。

背景技术

闪烁材料是一种吸收高能射线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(PWO)等。但闪烁晶体存在着制备工艺复杂、生长周期长、成本昂贵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。而稀土离子或过渡金属离子掺杂的闪烁玻璃因其具有化学组分易调、光学均匀性好、容易实现大尺寸以及制备方法简单等特点而受到了人们的广泛关注。

目前研究应用的闪烁玻璃主要以硅酸盐玻璃、铋硼硅酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和碲酸盐玻璃等为基质，闪烁玻璃中通常掺杂的激活剂有Ce³⁺、Pr³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Pb²⁺、Zn²⁺和Bi³⁺等离子。

例如，中国专利公开CN 1958495A（发明名称为“铽激活硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法”）和CN 102153280A（发明名称为“一种闪烁玻璃的制备方法”）公开了以硅酸盐玻璃为玻璃基材，Tb³⁺为激活剂的闪烁玻璃；并公开了无需采用还原气氛就可提高玻璃中Tb⁴⁺→Tb³⁺的转换效率，从而显著提高Tb³⁺的闪烁光输出。但是这种玻璃的密度约为3.8g/cm³,无法满足闪烁体实际应用过程中所需密度高于5.0g/cm³要求。

例如，中国专利公开CN 1526673A（发明名称为“一种快速闪烁玻璃及其制备方法”）公开了以硅酸盐或锗酸盐为玻璃基材，氧化锌为发光中心的闪烁玻璃，该闪烁玻璃具有紫外透过性好、荧光强度高等特点。但该闪烁玻璃密度较低，未达到5.0g/cm³，发射波段窄，为393-400nm。而中国专利公开CN101318773A（发明名称为“一种掺Pr³⁺高密度闪烁玻璃及其制备方法”）公开了以铋硼硅酸盐为玻璃基材，Pr³⁺为发光中心的闪烁玻璃，该闪烁玻璃具有密度高，较强的488nm蓝光发射，以及发射530nm绿光、610nm橙光和647nm红光的优点；但短波长透过性较差，影响了闪烁发光的输出。

例如，中国专利公开CN 101462827A（发明名称为“Ce³⁺/Gd³⁺/Tb³⁺激活磷酸盐发光玻璃及其制备方法”）公开了以磷酸盐为玻璃基材，Tb³⁺为激活中心的闪烁玻璃，该闪烁玻璃的制备过程中需通入O₂+CCl₄混合气体以除去水分，增加了制备玻璃的实际困难。

例如，中国专利公开CN 1087066A（发明名称为“高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃”）公开了以PbO、Bi₂O₃为主要成分，余量为玻璃形成体氧化物组分，发光中心为Pb²⁺和Bi³⁺的高密度闪烁玻璃，该闪烁玻璃含有大量PbO，严重污染环境，因而限制了其实际应用。例如，中国专利公开CN 101913767A（发明名称为“稀土掺杂的氟氧碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法”）公开了以TeO₂、PbF₂、BaF₂和Gd₂O₃为玻璃基材，以稀土为发光中心的高密度闪烁玻璃，但该闪烁玻璃仍含有剧毒的PbF₂和其它氟化物，严重污染环境，因而限制了这类闪烁玻璃的推广应用。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本领域迫切需要开发出一种新颖的高密度闪烁玻璃发光材料。