冷热中子敏感的荧光粉在微米级结构上的填充方法与流程

本发明属于冷热中子敏感结构技术领域，具体地，涉及一种冷热中子敏感的荧光粉在微米级结构上的填充方法。

背景技术：

很多研究领域,如氢基燃料电池中新材料的研发、高能量密度锂电池材料和锂离子动态迁移行为的研究、核燃料包层的吸氢行为的研究等,都受益于高通量的热中子源和相关的中子散射实验终端。在热中子散射实验终端上,一个重要的组成部分就是热中子探测器。目前,高效率和具有优越gamma射线甄别能力的热中子探测器的黄金标准是氦-3管。但是氦-3的供应短缺直接导致超高的价格，使得世界各国正在加大力度研发传统基于氦-3探测器的替代品。以美国为例,美国能源部(doe)、国土安全局(dhs)、国防部(dod)等多年来投入大量资金资助基于硼-10和锂-6同位素的新型热中子探测器的研究。

因此，一个廉价且性能良好的冷热中子荧光屏对于高分辨冷热中子探测器来说是非常重要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了得到冷热中子敏感微结构，提供了冷热中子敏感的荧光粉在微米级结构上的填充方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

冷热中子敏感的荧光粉在微米级结构上的填充方法，以含有荧光粉的溶液作为填充液，对微孔内壁镀有对可见光全反射膜的微结构进行填充，至荧光粉在微结构上的填充率达到90%以上，晾干即可，所述荧光粉为对中子敏感的荧光粉。

进一步的，所述方法具体包括如下步骤：

（1）原子层沉积镀膜：用原子层沉积的方式，在微结构的微孔内壁镀上一层对可见光的全反射膜；

（2）荧光粉研磨：将对中子敏感的荧光粉进行研磨；

（3）配制填充液：将醇类、酮类溶剂放入不同容器中，向上述两种溶剂中加入步骤（2）研磨后的荧光粉，静置，取上层溶液，所述静置和取上层溶液的操作进行一次或几次，最后得到的上层溶液为醇类填充液和酮类填充液；

（4）一次填充：将步骤（1）镀膜后的微结构固定在填充装置的顶端，打开抽气泵，将步骤（3）得到的醇类填充液滴到微结构的表面，至微结构表面出现一层荧光粉，关闭抽气泵，将微结构翻转，用本步骤中同样的方法对微结构的另一面进行填充，对微结构两个面的填充操作进行几次，至荧光粉在微结构上的填充率达到60-70%，一次填充结束；

（5）二次填充：将步骤（4）一次填充后的微结构固定在填充装置的顶端，打开抽气泵，将步骤（3）得到的酮类填充液滴到微结构的表面，至微结构表面出现一层荧光粉，关闭抽气泵，将微结构翻转，用本步骤中同样的方法对微结构的另一面进行填充，对微结构两个面的填充操作进行几次，至荧光粉在微结构上的填充率达到90%以上，二次填充结束；

（6）晾干：将步骤（5）得到的微结构晾干即可。

作为优选的，微结构的微孔孔径为微米级，对可见光全反射膜的材料为al2o3。

更进一步的，所述步骤（2）中，荧光粉中含有对中子敏感的gd、⁶li或¹⁰b，研磨选用的设备对原料研磨后的最小粒径可到0.1μm，研磨时间为10h，研磨后荧光粉的平均粒径在1μm以下。

作为优选的，所述荧光粉为gd2o2s:tb或zns:ag+⁶lif，所述研磨设备为行星混料机。

更进一步的，所述步骤（3）中，醇类溶剂优选为纯度≥99.7%的乙醇，酮类溶剂优选为纯度≥99.5%的丙酮，所述静置时间为2-5min，填充液中荧光粉的用量为每100ml溶剂加入1g荧光粉。

更进一步的，所述步骤（4）中，醇类填充液的滴加速度开始为2滴/s，当微结构表面出现白色粉末沉淀时，滴加速度改为1滴/s或0.5滴/s。

更进一步的，所述步骤（5）中，酮类填充液的滴加速度开始为1滴/s，当微结构表面出现白色粉末沉淀时，滴加速度改为0.5滴/s。

本发明将对中子敏感的荧光粉磨到平均粒径1μm以下，然后与高纯有机溶剂混合制备填充液，将填充液滴加到事先镀上对可见光全反射膜的微米级材料上，使荧光粉填充到微结构的孔上，得到高分辨的冷热中子敏感微结构。其中，微结构微孔内壁镀上全反射膜，能够更好的约束产生的荧光，减少光的串扰，从而提高分辨率。本发明可以改变填充液制备过程中用的溶剂，使得填充液中的荧光粉含量增加；于此同时，在溶液配置过程中，可以增加静置时间，或者多次取上层溶液，使得所取溶液中荧光粉的粒径尽可能小，有利于后续的填充。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的冷热中子敏感的荧光粉在微米级结构上的填充方法，只需要选取对中子敏感的荧光粉，使用有机溶剂制成荧光粉填充液，能高效率的将选取的荧光粉填充到微结构中，制造出高分辨的冷热中子敏感微结构，该方法大大降低了制备冷热中子敏感微结构的成本，还降低了工艺难度。

附图说明

图1为本发明镀上对可见光全反射膜后的微结构示意图；

图2为本发明填充装置结构示意图；

图3为本发明图2中填充装置中的填充罐主视图。

具体实施方式

为了更加突出本发明的目的、技术方案及优点，结合以下实施例，对本发明进行进一步说明，但并不因此将本发明限制在实施例范围之内。

本发明实施例中的荧光粉-gd2o2s:tb，粒径10-50μm，购自上海科炎技术有限公司。

实施例1

冷热中子敏感的荧光粉在微米级结构上的填充方法，包括如下步骤：

（1）原子层沉积镀膜

用原子层沉积的方式，在微米级结构的微孔内壁镀上一层对可见光全反射膜，材料为al2o3。

（2）荧光粉研磨

准备粒径在10-50μm左右的含gd的荧光粉-gd2o2s:tb，用sfm-1型行星混料机进行研磨，时间为10小时，研磨后荧光粉的平均粒径在1μm以下。sfm-1型行星混料机对原料研磨后的粒径可到0.1μm。

（3）乙醇填充液的配制

取大试管两个，在其中一个试管中倒入50ml纯度99.7%的乙醇，然后加入研磨后的荧光粉0.5g，摇匀，形成乳白色的溶液，静置5min，取上层溶液于另一个试管，所得液体即为乙醇填充液。

（4）一次填充

将微结构固定在填充装置的顶端，打开微型抽气泵开关，用胶头滴管取2ml乙醇填充液，以2滴/s的速度滴在微结构上，当微结构表面出现白色粉末沉淀时，滴加速度改为1滴/s，直到微结构表面形成一层白色的粉末，关闭抽气泵，将微结构翻转一个面，用同样的方法对微结构的另一面进行填充，反复对微结构的两个面填充几次，显微镜中观察微结构有60-70%的孔有填充到荧光粉即可，此时微结构表面看起来略微发黄。

（5）丙酮填充液的配制

取大试管两个，在其中一个试管中倒入50ml纯度99.5%的丙酮，然后加入研磨后的荧光粉0.5g，摇匀，形成乳白色的溶液，静置5min，取上层溶液于另一个试管，所得液体即为丙酮填充液。

（6）二次填充

将步骤（4）一次填充后的微结构固定在填充装置的顶端，打开微型抽气泵开关，用胶头滴管取2ml丙酮填充液，以1滴/s的速度滴在微结构上，当微结构表面出现白色粉末沉淀时，滴加速度改为0.5滴/s，直到微结构表面形成一层白色的粉末，关闭抽气泵，将微结构翻转一个面，用同样的方法对微结构的另一面进行填充，反复对微结构的两个面填充几次，显微镜中观察微结构中有90%以上的孔有填充到荧光粉即可，填充密度均匀，此时微结构看起来发黄。

（7）晾干

放在通风口晾干即可。

实施例2

本实施例冷热中子敏感的荧光粉在微米级结构上的填充方法与实施例1的区别在于：本实施例步骤（3）和步骤（5）中静置时间为2min；步骤（4）当微结构出现白色沉淀后的滴加速度为0.5滴/s。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。