闪烁体的表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种表面处理方法，特别是涉及一种闪烁体的表面处理方法。
【背景技术】
[0002] 在辐射探测领域，闪烁体是指与射线或粒子等辐射作用后能够产生荧光的物质。 通俗的讲，闪烁体功能就是将辐射沉积在其中的能量转换为荧光光子释放出来。闪烁探测 器一般由闪烁体和光电探测器构成，其中闪烁体使得福射沉积的能量转换为焚光光子，光 电探测器探测闪烁体荧光并转化为电信号输出，从而实现对辐射的探测。从光电探测器输 出的电信号中可以获得辐射场粒子的种类、时间、能量、位置、动量等信息。因此，闪烁探测 器广泛应用于地面核辐射探测、空间辐射测量和粒子物理实验等领域。
[0003] 闪烁探测器对许多参数的测量精度、探测效率与探测器的时间分辨性能密切相 关。如飞行时间-正电子发射断层成像（TOF-PET)装置通过测量正电子湮灭产生伽马光子 对的到达时刻的时间差确定湮灭发生位置。TOF-PET探测器时间分辨越高，其确定符合事件 时间窗宽度越小，随机事件的偶然符合概率越低，确定湮灭发生位置的精度和信噪比也就 越高。在中子飞行时间方法（nTOF)中，通过测量中子飞过一段特定距离的时间确定中子能 量。中子能量分辨与探测时间分辨的均方根正相关，探测器时间分辨越好则测量结果的中 子能量分辨越高。又如，短寿命放射性核素研宄中，探测器的时间响应越快、时间分辨越高 就越有利于观察研宄短寿命核素的衰变现象和物理机理。
[0004] 闪烁探测器的定时性能主要取决于闪烁体荧光作用下，单位时间内在光电探测器 光阴级上生成光电子的数量。经过理论推导和实验验证，数值上闪烁体的时间分辨At的 平方正比于闪烁体衰减时间τ，反比于光电探测器探测的光电子数Νρε，即Δ/ 。 △ t数值越小，闪烁探测器的时间分辨能力越高。因此，降低闪烁体衰减时间，提高光电探测 器测量到的光电子数量能够提高闪烁探测器的时间分辨能力。
[0005] 通常地，闪烁体衰减时间主要由激发态的退激过程决定，而光电探测器探测的光 电子数则主要由闪烁体的发光产额和光电倍增管的光谱响应决定。对于实际的光电探测器 这些还受到光子全反射和晶体光子出射角度分布的影响。一方面，闪烁体的折射系数通常 都大于1。在闪烁体和光电探测器相连界面上，只有入射角小于界面全反射角的荧光才能顺 利进入光电探测器被探测到，入射角大于全反射角的荧光在界面上被反射回来在晶体内传 输和多次反射。这些多次反射作用结果是：（1)荧光光子在闪烁体中需要传输更远的光程， 这增加了光电探测器测量到荧光光子的时间弥散；(2)更多的光子与闪烁体作用而被闪烁 体自身吸收，降低了光电探测器测量到的光电子数量。另一方面，辐射沉积能量激发出的闪 烁体焚光从能量沉积点向4 31空间均勾发射的，闪烁体发光时是一个体光源。闪烁体与光 电探测器相连界面上，出射光的在-90°~90°范围内都有分布。大角度出射的荧光到达 光电探测器光阴级的时间弥散更大，被探测到的概率更低。
[0006] 光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与 半导体晶格对电子波函数的调制类似，光子晶体能够用来调制具有相应波长的光子。如果 在闪烁体表面制作一层特殊的光子晶体结构，通过光子晶体的调制使得闪烁荧光更快更集 中地出射出来，则可以提高闪烁体时间分辨能力。文献1"一种利用表面光子结构实现的高 光提取效率闪烁体"（中国专利，申请号201410496266. X)中，公开了一种形成与闪烁体表 面的聚苯微球阵列光子晶体结构，结果表明该结构提高了闪烁体的光提取效率，证实了光 子晶体对闪烁荧光的调制作用。
[0007] 文献 2 "P. Lecoq，E. Auffray A. Knapitsch. How photonic crystals can improve the timing resoultion of scintillators. IEEE Transcations on Nuclear Science. 2013 ;60 (3)，1653~1657"中，公开了一种米用传统的电子束刻蚀的技术在闪烁 体表面制作光子晶体的方法。该方法制作的光子晶体结构提高了闪烁体时间分辨能力。然 而采用传统电子束刻蚀方法成本很高，且只能用于小面积闪烁体（1~2_ 2的大小）的处 理，这限制了该方法的实际应用。
[0008] 另一方面，近年来出现了许多新的光子晶体微球及微球溶液的制备方法。文献 3 "一种离子型凝胶光子晶体的制备方法"（中国专利，申请号201410467443. 1)中，将配 置好的光子晶体阵列悬浮液和聚乙烯醇溶液混合，形成凝胶光子晶体前驱体溶液，然后将 光子晶体模板浸泡在光子晶体前驱体溶液中，通过凝胶聚合制成光子晶体。文献4 "一 种光子晶体微球、其制备方法及应用"（中国专利，申请号201410391225. 4)中，提供了制 备光子晶体微球的方法，其光子晶体有内核和聚合物外壳组成，可用于生物分子检测和编 码。文献5 "一种颜色可调的化学交联的光子晶体水凝胶的制备方法"（中国专利，申请号 201410056696. X)中，介绍了一种将两种单体结构聚合，制成光子晶体水凝胶溶液的方法。 这些专利中，虽然最终都制成了微球或微球阵列，但至今没有发现利用自组装微球阵列构 成的光子晶体用于闪烁体表面，获得时间分辨率提高的报道。
【发明内容】
[0009] 为了克服现有闪烁体时间分辨能力差的不足，本发明提供一种闪烁体的表面处理 方法。该方法将配制好聚苯乙烯微球-乙醇混合溶液滴到经过处理的单晶硅片上，待聚苯 乙烯微球-乙醇混合溶液在单晶硅片上充分展开，并使水分完全挥发，将附着有聚苯乙烯 微球的单晶硅片放入去离子水中，在分子力作用下聚苯乙烯微球自然成六角形排布。利用 待处理的闪烁体将漂浮在去离子水表面的聚苯乙烯微球阵列轻轻捞起，待水分自然蒸发后 聚苯乙烯微球阵列即附着在闪烁体表面，在闪烁体表面附着的聚苯乙烯微球阵列上制作一 层保护层，使得保护层能够与微球阵列共形。本发明通过自组装方法在闪烁体表面制备聚 苯乙稀微球阵列光子晶体结构，由于聚苯乙稀微球阵列结构光子晶体与闪烁体焚光的f禹合 作用，显著提高了闪烁体的光输出，同时缩短了闪烁体发光的上升时间和衰减时间，提高了 闪烁体的时间分辨能力。
[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种闪烁体的表面处理方法，其特 点是采用以下步骤：
[0011] 步骤一、取质量分数为2~2. 5%、直径为450~500nm的聚苯乙烯微球溶液和无 水乙醇，按照体积比1:0. 1~1:1. 〇比例混合形成聚苯乙烯微球-乙醇混合溶液。
[0012] 步骤二、将配制好的聚苯乙烯微球-乙醇混合溶液滴到经过5%的十二烷甲基硫 酸钠溶液中9~10小时浸泡后的单晶硅片上，等待聚苯乙烯微球-乙醇溶液在单晶硅片上 充分展开，并使水分完全挥发。
[0013] 步骤三、把附着聚苯乙烯微球的单晶硅片缓慢放入去离子水中，这时聚苯乙烯微 球漂浮在水面上，并自然形成六角阵列排布。
[0014] 步骤四、将闪烁体轻轻放入水中，利用闪烁体一个端面将去离子水表面漂浮的聚 苯乙烯微球阵列捞起，待水分自然蒸发后，闪烁体表面附着的聚苯乙烯微球阵列即形成光 子晶体结构。
[0015] 步骤五、采用原子层沉积，在闪烁体表面附着的聚苯乙烯微球光子晶体上沉积保 护层，沉积保护层时沉积室的温度为60摄氏度。
[0016] 所述