[发明专利]含稀土离子掺杂Ba2CsI5微晶的玻璃薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及含一种稀土离子掺杂微晶的玻璃薄膜，具体涉及一种用作闪烁材料的含稀土离子掺杂Ba₂CsI₅微晶的玻璃薄膜及其制备方法。

背景技术

闪烁材料是一种在高能射线(如x射线、γ射线)或其它放射性粒子的激发下能够发出可见光的光功能材料，可被广泛应用于核医学诊断、安检、防恐、高能物理及地质勘探等领域。近几年来随着医学成像与安全检查等领域的快速发展，大量地需求高性能的新型闪烁材料。优秀的闪烁材料主要具备以下性能：发光效率高、材料密度大、荧光衰减快、抗辐射性能好以及生产成本低下等特征。

就目前的闪烁材料而言，主要由单晶体与玻璃两种材料。闪烁单晶体通常具有耐辐照、快衰减、高光输出等优点，但其存在工艺制备复杂、成本价格昂贵以及大尺寸单晶体难获得等缺点。更有甚者，掺杂于单晶体中的稀土发光离子由于存在分凝现象，在晶体中的分布很不均匀，因此严重地影响其发光性能与材料的使用率。闪烁玻璃具备稀土掺杂均匀、成本低下、大尺寸玻璃易于制备、化学组分容易调节等特点，但通常其光输出、重复次数等方面性能劣于单晶体，因此其应用也受到严重限制。

Ba₂CsI₅晶体是一种优异的闪烁基质材料，Ce³⁺掺杂的Ba₂CsI₅晶体具有异常高的光输出，好的能量分辨率，可应用在低能物理和安检、医学成像等领域中。Eu²⁺、Tb³⁺掺杂的Ba₂CsI₅晶体也具有高光输出、快衰减的特点，可用于荧光闪烁屏等领域。但Ba₂CsI₅晶体极易潮解、机械性能较差、易解理成片状、大尺寸晶体生长困难、价格昂贵等缺点影响了其实际应用。

公告号为CN103951223A的发明专利，则公开了用高温融熔法制备SiO₂-NaF-BaO-Ba₂CsI₅-LnI₃与SiO₂-NaF-BaO-Ba₂CsI₅-LnI₂系统玻璃，然后通过在玻璃软化温度附近保温，析出稀土离子掺杂的Ba₂CsI₅微晶，制备成集玻璃与单晶体两者性能的稀土离子掺杂Ba₂CsI₅微晶玻璃。但该方法存在以下无法克服的严重缺陷，第一：由于在高温下融熔制得，因此容易引起碘化物原料的分解与挥发；第二：通常制备的玻璃其化学组分和析晶保温温度的不完全均匀性，析出的微晶粒大小很不均匀，极易引起玻璃的失透；第三：在析晶过程中，稀土发光离子难进入Ba₂CsI₅的晶格位中，影响材料的发光效果。更有甚者，由于高温融熔法玻璃制备工艺的特点，生产的玻璃均为块体，不能得到薄膜态的材料。随着民用化的广泛普及，小型、集成化的闪烁器件是今后发展的必然之路。通常薄膜是制作该类器件的最合适原材料，因此目前的闪烁材料形态对今后器件的发展会产生较大的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种物化性能稳定、机械强度高、抗潮解性强、光学透过性高、微晶含量高，同时具有高的光输出、快衰减与好的能量分辨率和时间分辨率特性的含稀土离子掺杂Ba₂CsI₅微晶的玻璃薄膜及其制备方法，该薄膜物化性能良好，且制备方法具有设备简单、生产成本较低、操作方便、合成效率高，合成的玻璃薄膜中的微晶大小均匀、结晶度与稀土离子的掺杂浓度高。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：含稀土离子掺杂Ba₂CsI₅微晶的玻璃薄膜，其摩尔百分组成为：二氧化硅：75-78mol％、五氧化二磷：5-10mol％、三氧化二镓：3-8mol％、Ba₂CsI₅：6-11mol％、稀土碘化物：1-3mol％，其中稀土碘化物为碘化铈、碘化亚铕或碘化铽中的一种。

所述的含稀土离子掺杂Ba₂CsI₅微晶的玻璃薄膜，其摩尔百分组成为：二氧化硅：75mol％、五氧化二磷：10mol％、三氧化二镓：8mol％、Ba₂CsI₅：6mol％、碘化铈：1mol％。