【技术实现步骤摘要】
本申请属于发光材料领域，涉及闪烁玻璃材料及其制备方法与应用，尤其是一种超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用。
技术介绍
1、闪烁体探测器作为最重要的射线探测器之一，常应用于高能物理实验、核辐射探测、核医疗以及工业探伤等领域。闪烁材料可以将高能粒子或射线转换成可见光，属于光功能材料。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超高浓度及其均匀分布，进而无法实现材料的光学性能优化，这极大地限制了其应用。
2、随着高能物理的迅速发展，对闪烁材料的性能需求也越来越苛刻，进而推动了闪烁材料高质量研究。为实现对higgs、w和玻色子等粒子的精确测量，中国粒子物理学界提出了环形正负电子对撞机(cepc)的建造。cepc需要覆盖大范围的立体角、卓越的粒子鉴别能力、精确测量粒子的能动量、高精度的对撞顶点分辨率、喷注分辨率和味道的标记。对于cepc的强子量能器系统，批量闪烁材料的有效供给是重要保障之一。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优势，是强子量能器的优先考虑目标。然而，强子量能器要求闪烁玻璃要同时具备较高密度、可观光产额、快衰减时间以及较强的抗辐照特性。另一方面，欧洲核子中心(cern)的大型对撞机lhc的紧凑μ子线圈(cms)正同样考虑闪烁玻璃来替代原有闪烁晶体的设计方案
3、高密度是高能物理实验中闪烁材料的重要性能指标之一。高密度闪烁体有较小的辐射长度，对高能粒子有更好的阻止能力，可以提高探测器的能量分辨，同时便于实现大科学装置的紧凑化设计。但闪烁玻璃存在“密度高但光产额低”或“密度低但光产额高”等密度和光产额难以协调的矛盾。目前玻璃密度在3.5-8.5g/cm3范围内都有所报道。如专利公开号为cn1087066a，名称为“高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃”的专利技术专利就公开了以pbo、bi2o3为主要成分的密度超过8.0g/cm3的闪烁玻璃，但该玻璃组分含有大量pbo，严重污染环境，因而限制了其实际应用。如专利公开号为cn101913767a，名称为“稀土掺杂的氟氧碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法”的专利技术专利就公开了以teo2、pbf2、baf2和gd2o3为主要组分，以稀土为发光中心的高密度闪烁玻璃，该闪烁玻璃中仍含有剧毒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。如专利公开号为cn 114409252a，名称为“一种无硼高密度钆镥锗酸盐玻璃及其制备”的专利技术专利就公开了一种密度高于6.0g/cm3的锗酸盐闪烁玻璃，但玻璃中组分geo2、lu2o3和ga2o3价格昂贵，且熔制温度高，不利于这类闪烁玻璃的推广应用。如专利公开号为cn 115611514 a，名称为“一种ce3+掺杂镓硼钆闪烁玻璃及其制备方法和应”的专利技术专利就公开了一种密度高于6.0g/cm3的硼镓酸盐闪烁玻璃，但玻璃中组分ga2o3价格昂贵，且其ceo2掺杂浓度低于4mol％，不利于闪烁衰减时间的降低。
4、硼硅酸系统因其溶解稀土能力强、光学性能好、理化性能稳定、原材料丰富等特点而常被用作闪烁玻璃基质。而低价铈离子因其允许的5d-4f跃迁，可产生具有纳秒量级的衰减时间而常被作为发光中心。因此，铈离子掺杂硼硅酸盐玻璃是一种非常重要的闪烁材料，长期受到学界、工业届的高度关注。但铈离子发光是ce3+发光，该类闪烁玻璃的制备需要通过h2/n2混合气体或co气体保持低价态ce3+发光，或在空气气氛中通过引入不同强还原性组分以便简化制备工艺，并降低玻璃制备成本。如名称分别为“一种空气气氛中制备ce3+激活闪烁玻璃的制备方法”(专利公开号为cn104058578a)、“一种无色透明铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法”(公开号为cn108249757a)等两个专利技术专利都公开了在空气气氛中制备无色透明铈离子激活闪烁玻璃的系列方法，为低价铈离子掺杂闪烁玻璃系列的空气氛围中合成提供了重要方法。
5、另一方面，研究人员一直都在努力优化铈离子掺杂硼硅酸盐玻璃的闪烁性能。如专利公开号为cn114772922a，名称为“电磁量能器用闪烁体玻璃及其制备方法、熔制装置和应用”的专利技术专利就公开了一种二氧化铈(浓度低于3mol％)掺杂的硼硅酸盐闪烁玻璃，其荧光衰减时间为20-48ns，最高光产额为770ph/mev。如中国专利cn110734223b公开了一种镥基硅酸盐闪烁玻璃，玻璃密度超过6.5g/cm3，但其ceo2掺杂浓度低于2.0mol％,不利于闪烁玻璃的抗辐照性能，且没有揭示更多的闪烁性能。玻璃因其固有的非晶态复杂结构，其内部丰富的缺陷种类和数量增加了闪烁过程的复杂性，也显著恶化了玻璃的闪烁性能。如上述的铈离子掺杂闪烁玻璃(公开号为cn114772922a)荧光衰减时间为20-48ns，但其闪烁时间接近1000ns。
6、总之，现有报道的铈离子掺杂硼硅酸盐闪烁玻璃难以同时具备高密度、高光产额、快衰减等特点。
技术实现思路
1、本申请之目的在于围绕与实际应用需求密切相关的高密度、可观光产额和快衰减等三个性能指标，通过硼硅酸盐系统中富含(gd,lu)2o3制备一种密度突破7.0g/cm3的高性能闪烁玻璃，通过超高浓度ceo2掺杂优化其光产额和衰减时间以达到实际应用目的。为此，本专利公开了一种超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用。
2、为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。
3、在第一方面中，本申请提供一种超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃由下述原料组分，经充分混合，高温熔融，模具浇注和精密退火等工艺制备得到：
4、b2o3 10-35mol％，
5、sio2 10-35mol％，
6、gd2o3 0-70mol％，
7、ceo2：0-20mol％；
8、上述组分之和为100mol％。
9、在第一方面的一种实施方式中，所述超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃由以下原料组分制成：
10、b2o3 15-30mol％，
11、sio2 15-28mol％，
12、gd2o3 35-65mol％，
13、ceo2：5-15mol％。
14、上述组分之和为100mol％。
15、在第一方面的一种实施方式中，至少一部分的gd2o3被al2o3或者lu2o3取代。
16、在第一方面的一种实施方式中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃由下述原料组分，经充分混合，高温熔融，模具浇注和精密退火等工艺制备得到：
2.如权利要求1所述的超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，其由以下原料组分制成：
3.如权利要求1所述的超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，至少一部分的Gd2O3被Al2O3或者Lu2O3取代；
4.如权利要求3所述的超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃的组分组成如下所示：20B2O3-20SiO2-30Gd2O3-15Gd2F6；24B2O3-21SiO2-40Lu2O3-15Gd2F6；19Gd2O3-15Gd2F6-1Al2O3-22B2O3-17.75SiO2-0.25Si3N4-1CeO2；23B2O3-20SiO2-15Gd2F6-(40-x)Gd2O3-xLu2O3，其中x＝0,10,20,30,或40；24B
5.如权利要求1-4中任一项所述的超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，B2O3组分由氧化硼或者硼酸引入；SiO2原料由SiO2原料直接引入；而Gd2O3和CeO2稀土化合物通过相应的氧化物、氟化物、碳酸盐或者硝酸盐等化合物形式引入；替代Gd2O3的Al2O3或者Lu2O3也可以通过相应的氧化物、氟化物、氢氧化物、碳酸盐或者硝酸盐等化合物形式引入；所有原料的纯度要求为分析纯及分析纯以上。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，B2O3组分通过10B2O3引入，而Gd2O3组分通过155Gd2O3和/或157Gd2O3引入。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备过程中的工作气氛是空气气氛。
9.如权利要求1-4中任一项所述的超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃的应用，其特征在于，所述超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃用于直接制作成闪烁屏或闪烁阵列，或者拉制成光纤，制作光纤面板。
10.如权利要求1-4中任一项所述的超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃的应用，其特征在于，所述超高浓度铈离子激活富含Gd2O3硼硅酸盐闪烁玻璃用于核辐射探测、高能物理实验、X射线医学成像、中子探测、工业在线检测和国家安全监测。
...【技术特征摘要】
1.一种超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃由下述原料组分，经充分混合，高温熔融，模具浇注和精密退火等工艺制备得到：
2.如权利要求1所述的超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，其由以下原料组分制成：
3.如权利要求1所述的超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，至少一部分的gd2o3被al2o3或者lu2o3取代；
4.如权利要求3所述的超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃，其特征在于，所述超高浓度铈离子激活富含gd2o3硼硅酸盐闪烁玻璃的组分组成如下所示：20b2o3-20sio2-30gd2o3-15gd2f6；24b2o3-21sio2-40lu2o3-15gd2f6；19gd2o3-15gd2f6-1al2o3-22b2o3-17.75sio2-0.25si3n4-1ceo2；23b2o3-20sio2-15gd2f6-(40-x)gd2o3-xlu2o3，其中x＝0,10,20,30,或40；24b2o3-23sio2-(37gd-x)2o3-2x al(oh)3-15gd2f6，其中x＝0,5,10,或15；或者，23b2o3-23sio2-(39-x)gd 2o3-x ceo2-15gd2f6，其中x＝1，3，5，7，9，12或16。
...【专利技术属性】
技术研发人员：孙心瑗，钱森，温玉锋，华哲浩，叶相华，刘理彬，余美东，刘建蒂，
申请(专利权)人：井冈山大学，
类型：发明
国别省市：
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