[发明专利]一种基于聚合物结构色材料的电离辐射剂量计及其剂量读取方法

说明书

本发明公开了一种聚合物结构色材料制成的电离辐射剂量计及其剂量读取方法。本发明利用特征尺寸在100nm‑1000nm的聚合物微结构材料在电离辐射下的裂解或交联现象，使其在接受特定剂量的电离辐射后，其结构色的特征波长发生移动的现象来测量电离辐射吸收剂量，并发明了标准色卡比对、反射光谱测量及数码拍照色相读取作为剂量读取方法。该剂量计制备简单，成本低廉，灵敏度可调节、能够覆盖整个可见光波长范围，与传统的变色剂量片相比，其采用反射光的波长和色相而非亮度/透明度/饱和度来测量吸收剂量，具有明显的优势。

技术领域

本发明涉及功能材料和辐射应用领域，特别是一种基于聚合物结构色材料的电离辐射剂量计及其剂量读取方法。

背景技术

辐射剂量计可以通过与物质相互作用时产生的热、力、光、电及化学效应来测量和记录电离辐射。目前，常用的辐射剂量计有电离室剂量计、胶片剂量计、半导体剂量计和化学剂量计等。其中，电离室剂量计体积大，结构复杂，除科学研究外，实际生产中很难应用。而胶片剂量计虽然有较好的空间分辨能力，但因为在曝光后必须进行定影处理，因而无法实现实时地监控和测量。半导体剂量计虽然灵敏度较高，但其成本较高，使用寿命较短，且对辐射类型和能量依赖性较大。而化学剂量计虽然成本较低，但剂量范围通常受限，如硫酸亚铁剂量计工作范围一般为40-400Gy。而且，化学剂量计同样需要在测量结束后进行后续分析，也无法实现辐射剂量的实时监测。以辐射变色化学染料为响应材料的薄膜变色剂量计，可以辐射剂量的实现实时检测和空间分辨，但是该剂量计受温湿度影响较大，且受紫外光照射后也会发生变色，严重制约了其应用范围。上述传统的辐射剂量计，尽管应用已久，各有优势，但越来越难以完全满足当前核技术应用中的新需求。

光子晶体是一种指具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构，具有明亮的结构色特征，因而可以通过裸眼、光谱、化学分析等多种读取方式，因而在智能检测、仿伪识别、平面印刷以及其他众多领域有着广泛而重要的应用。其中，响应性聚合物光子晶体的颜色参数，可以设计成随各种外部条件，如温度、化学环境、光照、电磁场等而发生变化，因而可以准确而直观地观察到外界环境的变化情况。

尽管聚合物材料的辐射效应，包括交联、裂解以及相应的保护剂与敏化剂的研究，已经形成了一个系统的研究学科，但是对具有微观结构，且具有结构色的聚合物或水凝胶材料的辐射效应和响应机制尚没有相关研究报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于聚合物结构色材料的电离辐射剂量计及其剂量读取方法，基于聚合物材料的交联或降解等辐射效应，具有微观结构，且具有结构色的聚合物或水凝胶在辐射作用下结构发生改变，进而实现颜色的变化。

本发明采用以下技术方案：

一种聚合物结构色材料制成的电离辐射剂量计，所述剂量计为单层或多片叠加的聚合物结构色材料薄膜；

所述聚合物结构色材料为聚合物组成的三维有序结构或聚合物组成的单分散微球堆积的无序结构；

所述聚合物组成的三维有序结构为具有二维或三维周期性结构的人造周期性聚合物电介质结构；该周期性结构至少一维尺寸在100nm-1000nm而具有特定的光学禁带，其光学禁带可在电离辐射下发生移动。

所述聚合物组成的单分散微球堆积的无序结构为由单分散半径在100-1000nm的球状聚合物微结构无序堆积，或该球状聚合物微结构的反结构所形成的无定形结构色材料，其反射光谱峰值可在电离辐射下发生移动。

进一步的，所述聚合物结构色材料为三维有序堆积的反蛋白石结构，即密堆积结构的三维球形孔洞结构。

进一步的，所述聚合物结构色材料为由生物源蛋白质及多糖及其经过化学修饰后形成的聚合物，所述化学修饰是指接枝含有特殊功能的官能团，如含有双键的官能团，或与金属离子配位的官能团。

进一步的，所述生物源蛋白质为直接应用的或修饰有额外的双键的甲基丙烯酸化水凝胶。