钽酸钆透明发光厚膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于发光厚膜制备技术领域，具体说是涉及一种钽酸钆透明发光厚膜及其制备方法。该发光薄膜的化学表达式为：Ｇｄ↓［１－ｘ］Ｒ↓［ｘ］ＴａＯ↓［４］，其中Ｒ为Ｅｕ↑［３＋］或Ｔｂ↑［３＋］，０．０４≤ｘ≤０．１２。具体步骤为：将Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］和Ｅｕ↓［２］Ｏ↓［３］或Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］和Ｔｂ↓［４］Ｏ↓［７］用硝酸的２－甲氧基乙醇溶液加热溶解；ＴａＣｌ↓［５］用２－甲氧基乙醇和浓盐酸的混合溶液加热溶解，按化学计量进行混合，冷却至室温，备用；将ＰＶＰ在室温下溶于２－甲氧基乙醇和去离子水的混合液，再将该溶液滴入前面所述的混合溶液中，搅拌，静置，陈化，即得到镀膜所需的溶胶；以石英玻璃为基底，采用旋涂方法镀膜，将旋涂好的湿凝胶膜进行干凝胶化处理，然后在程序温控炉中，以２℃／ｍｉｎ的升温速率，从４００℃升温至１２００℃，并在该温度下保温２小时，自然冷却至室温，即获得所需发光薄膜，该发光薄膜平均单层厚度达到１μｍ左右。本发明专利技术工艺简单、方便，所制备的薄膜发光强度高、均匀透明、致密无开裂、与基底的附着性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发光厚膜制备
，具体说是涉及一种钽酸钆透明发光厚膜及其制备方法。
技术介绍
发光薄膜是一种重要的功能材料，与传统荧光粉制成的显示屏相比，发光薄膜在对比度、热传导、均匀性、与基底的附着性等方面都显示出其优越性。近年来随着X射线显微成像技术的发展，采用传统荧光粉制备的X射线发光涂层，由于受到荧光粉颗粒散射的影响，X射线CCD的空间分辨率一般只能达到几十微米的量级，制约了X射线CCD空间分辨率的进一步提高。改用透明无机薄膜闪烁材料作为X射线一可见光转换介质，并配于CCD组成数字成像系统，其空间分辨率可以提高到几个微米，热传导、均匀性等方面的性能也可以得到明显改善。因此在可见光CCD日臻完善的前提下，制备出性能良好的辐射发光薄膜是决定X射线CCD性能指标的关键。例如，A.Koch等人在Proc.of Inter.Conf.onInorg.Scint.and Their Appl.，Sept.22-25，Shanghai，China，1997，P28上发表的文章中，提出用透明无机薄膜闪烁材料作为X射线一可见光转换介质，并采用液相外延生长出YAG:Ce薄膜闪烁晶体，成功获得了蜘蛛牙齿的CT图象，空间分辨率达到1.59μm，但薄膜闪烁晶体不仅生长成本高，在制备技术上也存在诸多困难。GdTaO4(钽酸钆)因具有密度高、对X射线吸收强、化学稳定性好和抗辐照损伤本领强等特点，将它作为X射线发光薄膜的基质，适当掺入稀土离子作为发光中心，可以制备新型高分辨率X射线成像屏。在溶胶-凝胶薄膜制备技术中，目前的关键技术难点在于如何制备出透明的、微米级的发光厚膜。例如A.Garcia-Murillo等人Nucl.Instrum.Meth.Phys.Res.A，2002，Vol.486，P181上发表的文章中用提拉法分别制备出550nm的Gd2O3:Eu3+和660nm的Lu2O3:Eu3+薄膜，但平均单层厚度都小于0.02微米。J.Y.Cho等人Solid State Phenomena，2007，Vol.124-126，P395-398上发表的文章中用旋涂法制备出平均单层厚度0.05微米的Gd2O3:Eu3+和薄膜。顾牡等人在专利技术专利号为ZL200410066543.X中制备出稀土激活GdTaO4透明发光薄膜。但由于上述工艺所制备的单层薄膜太薄，通过多次旋涂制备，其工艺难以控制，必然给厚膜的制备带来极大困难，难以满足实用化的要求。因此提高发光薄膜的厚度，特别是单层膜的厚度，是一个急待解决的技术难题。迄今为止，国内外还未见Eu3+、Tb3+掺杂的GdTaO4透明发光厚膜的相关报道。-->
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高亮度的钽酸钆透明发光厚膜及其制备方法。本专利技术提出的钽酸钆透明发光厚膜，其化学表达式为：Gd1-xRxTaO4其中0.04≤x≤0.12，R为Eu3+或Tb3+中的一种。本专利技术所用原料Gd2O3、Eu2O3、TaCl5的纯度在99.5％以上，溶剂包括2-甲氧基乙醇、浓盐酸、浓硝酸。胶粘剂采用高分子聚合物PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，其分子量为1.3×106。本专利技术提出的钽酸钆透明发光厚膜的制备方法，具体步骤为：(1)将Gd2O3和Eu2O3或Gd2O3和Tb4O7两种氧化物原料用硝酸的2-甲氧基乙醇溶液在50℃～80℃温度下溶解；TaCl5用2-甲氧基乙醇和浓盐酸的混合溶液在50℃～80℃温度下溶解，按化学计量进行混合搅拌0.5～1小时，在室温中静置冷却；(2)将PVP在室温下溶于2-甲氧基乙醇和去离子水的混合液中；(3)在室温下，向步骤(1)得到的混合液中滴加步骤(2)得到的混合液，搅拌0.5～1.5小时，静置，所得溶液在0℃下经12～24小时陈化后，即得到镀膜所需的溶胶；(4)选择清洁的石英玻璃为基底，采用旋涂方法镀膜，将旋涂好的湿凝胶膜迅速置于红外烘箱中进行干凝胶化处理，然后将经过处理的薄膜送入程序温控炉中，以2℃/min的升温速率，从400℃升温至1200℃，并在该温度下保温2小时，自然冷却至室温，即获得所需发光薄膜，该发光薄膜平均单层厚度达到1μm左右，一般为0.7μm-1.0μm。本专利技术中，步骤(1)中所述原料Gd2O3、Eu2O3、TaCl5的纯度在99.5％以上，PVP的分子量为1.3×106。本专利技术中，步骤(4)中所述旋涂方法镀膜，在不降低厚膜质量的前提下，薄膜的厚度通过增加旋涂次数来调节。本专利技术中，步骤(3)中可以通过改变PVP溶液的化学配比控制溶胶的形成过程、调节溶胶的粘度以及防止薄膜在烧结过程中开裂。本专利技术中，步骤(4)中所述干凝胶化处理时间为5-15分钟。本专利技术中，所选择的基质材料GdTaO4具有密度高(8.84g/cm3)、化学稳定性好、抗辐照损伤本领强，这有利于薄膜在X射线、阴极射线、高能粒子等激发下发光。本专利技术选用无机盐为原料，所采用的无机盐比有机醇盐更容易获得、更便宜且无毒。本专利技术所采用的溶胶-凝胶技术具有合成温度低、掺杂均匀、结构可控、设备便宜等优点，因此薄膜制备所需的成本低，工艺简单、方便，所制备的薄膜发光强度高、均匀透明、致密无开裂、与基底的附着性好，且可为掺杂发光离子或基团提供丰富、多样的配位环境，-->便于调制薄膜的性能。薄膜制备中采用红外灯辅助湿凝胶薄膜的干凝胶化预处理，避免了薄膜制备过程中所需的保护气氛，从而简化了实验条件。平均单层厚度达到1μm左右，通过2-3次旋涂所得厚膜就可以满足实用要求，工艺上容易实现。因此作为新一代发光薄膜，可制成超高分辨率显微成像显示屏，在高分辨率X射线成像、阴极射线成像、场致发射和等离子体显示等方面有着极为重要的应用。具体实施方式下面结合具体的实施例进一步说明本专利技术。实施例1：Gd0.88Eu0.12TaO4透明厚膜的制备室温下，用12ml的浓盐酸和8ml的2-甲氧基乙醇的混合溶液在50℃下加热溶解4g的TaCl5。将4ml的浓HNO3加入3.5ml的2-甲氧基乙醇，再把1-78g的Gd2O3和0.24g的Eu2O3加入该溶液中，在50℃下加热搅拌，使氧化物溶解。将该溶液加入到含有TaCl5的澄清溶液中，混合液搅拌半小时后在室温中静置冷却。另将0.8gPVP(分子量1.3×106)在室温下溶于16ml的2-甲氧基乙醇和8ml的去离子水的混合液中，并取10ml该溶液滴入前述混合溶液中，搅拌半小时后静置。该溶液在0℃下经12小时陈化后就得到镀膜所需的溶胶。选择清洁的石英或光学玻璃为基底，采用旋涂的方法镀膜，薄膜厚度可通过改变旋转速度来调节。将旋涂好的湿凝胶膜迅速置于红外烘箱中进行干凝胶化预处理5分钟，然后将该薄膜送入程序温控炉中，以2℃/min的速率升温至1200℃，并在该温度下保温2小时，自然冷却至室温后即获得发光薄膜。单层膜表面均匀、致密无开裂、与基底的附着性好。通过两次旋涂膜厚达到2μm，平均单层膜厚度为1μm。实施例2：Gd0.96Eu0.04TaO4透明厚膜的制备室温下，用12ml的浓盐酸和8ml的2-甲氧基乙醇的混合溶液在80℃下加热溶解4g的TaCl5。将4ml的浓HNO3加入3.5ml的2-甲氧基乙醇，再把1.94g的Gd2O3和0.08g的Eu2O3加入该溶液中，在80℃下加热搅拌，使氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钽酸钆透明发光厚膜，其化学表达式为：Ｇｄ↓［１－ｘ］Ｒ↓［ｘ］ＴａＯ↓［４］其中０．０４≤ｘ≤０．１２，Ｒ为Ｅｕ↑［３＋］或Ｔｂ↑［３＋］中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种钽酸钆透明发光厚膜，其化学表达式为：Gd1-xRxTaO4其中0.04≤x≤0.12，R为Eu3+或Tb3+中的一种。2.一种如权利要求1所述的钽酸钆透明发光厚膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)将Gd2O3和Eu2O3或Gd2O3和Tb4O7两种氧化物原料用硝酸的2-甲氧基乙醇溶液在50℃～80℃温度下溶解；TaCl5用2-甲氧基乙醇和浓盐酸的混合溶液在50℃～80℃温度下溶解，按化学计量进行混合搅拌0.5～1小时，在室温中静置冷却；(2)将PVP在室温下溶于2-甲氧基乙醇和去离子水的混合液中；(3)在室温下，向步骤(1)得到的混合液中滴加步骤(2)得到的混合液，搅拌0.5～1.5小时，静置，所得溶液在0℃下经12～24小时陈化后，即得到镀膜所需的溶胶；(4)选择清洁的石英玻璃为基底，采用旋涂方法镀膜，将旋涂好的湿凝胶膜迅速置于红外烘箱中进行干凝胶化处理，然后将经过处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾牡，刘小林，韩坤，黄世明，倪晨，刘波，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]