本发明专利技术涉及富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用，提供了一种富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃，其特征在于，该闪烁玻璃由以下组分组成：B2O3：20-60mol%；GeO2：20-60mol%；Gd2O3：15-40mol%；以及含稀土或过渡金属离子的化合物：0.01-10mol%，其中，所述稀土离子包括Y3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+(Eu2+)、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+和Lu3+，所述过渡金属离子包括Mn2+(Mn4+)、Sn2+、Zn2+、Bi3+、Cr3+、Ti4+和Zr4+，其中，上述组分之和为100mol%。还公开了一种制备上述富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃的方法，以及上述富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于发光材料领域，涉及闪烁玻璃材料及其制备方法与应用。具体地说，本专利技术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。
技术介绍
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、PbffO4(PffO)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 (专利技术名称为“铽激活硅酸盐闪烁玻璃及其制备方法”)和CN 102153280A (专利技术名称为“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. Og/cm3要求。例如，中国专利公开CN 1526673A (专利技术名称为“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. Og/cm3，发射波段窄，为393-400nm。而中国专利公开CN101318773A (专利技术名称为“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53011111绿光、61011111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 (专利技术名称为“Ce37Gd3+/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02+cci4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 (专利技术名称为“高密度、耐辐照的快速闪烁无机玻璃”)公开了以PbCKBi2O3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 (专利技术名称为“稀土掺杂的氟氧碲酸盐闪烁玻璃及其制备方法”)公开了以Te02、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。富含Gd2O3硼锗酸盐玻璃具有良好的热稳定性和化学稳定性，较高的折射率和优异的法拉第磁光特性，是一种应用极为广泛的磁光功能玻璃。但迄今为止，本领域尚未有稀土离子或过渡金属离子掺杂的富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃的报道
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一类稀土离子或过渡金属离子掺杂的富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃的制备方法与应用，通过单掺和/或共掺不同稀土离子或过渡金属离子可有效调控这类高密度闪烁玻璃的发射波长与衰减时间，以满足不同探测领域中的应用需要。鉴于此，本专利技术提供了新颖的富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃及其制备方法与应用，从而解决了现有技术中存在的问题。一方面，本专利技术提供了一种富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃，该闪烁玻璃由以下组分组成B2O3 20-60mol% ；GeO2 20-60mol% ；Gd2O3 :15-40mol% ;以及含稀土或过渡金属离子的化合物0. 01_10mol%，其中，所述稀土离子包括Y3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+(Eu2+)、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 和 Lu3+，所述过渡金属离子包括 Mn2+ (Mn4+)、Sn2+、Zn2+、Bi3+、Cr3+、Ti4+ 和 Zr4+，其中，上述组分之和为100mol%。在一个优选的实施方式中，该闪烁玻璃由以下组分组成B2O3 25-40mol% ；GeO2 :30_50mol% ；Gd2O3 25-35mol% ；以及含稀土或过渡金属离子的化合物0. l_8mol%，其中，所述稀土离子包括Y3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+ (Eu2+)、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+ 和 Lu3+，所述过渡金属离子包括 Mn2+(Mn4+)、Sn2+、Zn2+、Bi3+、Cr3+、Ti4+ 和 Zr4+，其中，上述组分之和为100mol%。在另一个优选的实施方式中，所述富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃直接制作成闪烁屏或闪烁阵列，或者进一步拉制成光纤，制作光纤面板。另一方面，本专利技术提供了一种制备上述富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃的方法，该方法包括以下步骤I)按照闪烁玻璃的组成精确称取各原料，并将所有原料混合均匀，其中，所有原料的纯度为分析纯或分析纯以上；2)将所得的原料混合物倒入坩埚中融化为玻璃熔体，融化温度为1000-1500°C，熔化后保温O. 5-5小时；3)将所得的玻璃熔体倒入预热为350_450°C的模具中浇注成型后，自然冷却形成玻璃；4)将所得的玻璃进行恒温精密退火处理，得到闪烁玻璃初品，退火条件为退火温度为450-700°C，退火时间为8-20小时；以及5)将所得的闪烁玻璃初品切割、表面研磨及抛光后加工成富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃。在一个优选的实施方式中，在步骤I)中，B2O3原料由B2O3或H3BO3引入，GeO2原料由GeO2直接引入，稀土或过渡金属原料通过其相应的氧化物、氟化物、碳酸盐或硝酸盐引入。 在另一个优选的实施方式中，在步骤I)中，B2O3通过kiB2O3引入，Gd2O3通过155Gd2O3和/或157Gd2O3引入。在另一个优选的实施方式中，在步骤2)中，所述坩埚为钼金坩埚或氧化铝坩埚；工作气氛为氧化气氛、还原气氛、惰性保护气氛或大气环境。在另一个优选的实施方式中，在步骤3)中，所述模具为不锈钢模具。在另一个优选的实施方式中，在步骤4)中，在马弗炉中进行恒温精密退火处理。再一方面，本专利技术涉及上述富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃用于X射线医学成像、中子探测、工业在线检测、科学研本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁玻璃，其特征在于，该闪烁玻璃由以下组分组成：B2O3：20？60mol%；GeO2：20？60mol%；Gd2O3：15？40mol%；以及含稀土或过渡金属离子的化合物：0.01？10mol%，其中，所述稀土离子包括Y3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Eu2+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+和Lu3+，所述过渡金属离子包括Mn2+、Mn4+、Sn2+、Zn2+、Bi3+、Cr3+、Ti4+和Zr4+，其中，上述组分之和为100mol%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙心瑗，赵景泰，张志军，陈昊鸿，杨昕昕，王红，余晓光，蒋达国，曹春燕，王文峰，李宇农，郑国太，
申请(专利权)人：井冈山大学，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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