一种稀土元素Dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法

一种稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种发光材料和制备方法，具体涉及一种稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法。


背景技术：

2.硼酸盐玻璃具有低熔点和高热稳定性，是一种很好的玻璃形成剂；硅酸盐玻璃还具有化学耐久性和低声子能量。所以，这两种玻璃成型剂结合得到的硼硅酸盐玻璃具有好的的玻璃品质，如抗热冲击性能和优异的光学性能。在稀土离子中，dy元素可以在可见光范围内发出两种光(黄色和蓝色)，两种光的结合可以产生白光。蓝色和黄色分别落在470-500nm和550-600nm波长区域，分别对应于4f
9/2
→6h
15/2
和4f
9/2
→6h
11/2
跃迁[12]。蓝色代表磁偶极子跃迁，黄色代表电偶极子跃迁。与其他跃迁相比，黄色跃迁的强度最大，被称为超敏感跃迁，受宿主环境的强烈影响。
[0003]
γ辐射可以用于各种领域，如医疗诊断、无损元素分析、食品辐照加工，以及用于消毒目的的医疗设备。人类活组织长期暴露在这些有害的γ射线下会导致各种疾病，如细胞突变、癌症和辐射病。因此，需要好的辐射屏蔽材料来保护人类免受这些类型的电离辐射的伤害，这些辐射屏蔽材料可以在各种不同的有害环境中使用。以往，重晶石与沸石混凝土混合物因其价格低廉、结构易于改造等优点而被广泛应用于辐射屏蔽材料中，但也存在着热应力应变产生裂纹、不透明、体积消耗大等缺点。
[0004]
针对上述技术问题，本发明提出了一种稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明方法制备的玻璃的热应力和发光效率得到改善，而且制备方法简单，易实现工业化。
[0006]
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007]
一种稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，其特征在于：所述发光玻璃的原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 1-10％，h3bo
3 5-70％，cdf
2 5-15％，sio
2 10-20％，tio
2 1-10％，srco
3 5-15％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为0.05-3％。
[0008]
一种稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
[0009]
(1)原料配重：分别称取玻璃原料和稀土氧化物，所述的玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 1-10％，h3bo
3 5-70％，cdf
2 5-15％，sio
2 10-20％，tio
2 1-10％，srco
3 5-15％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为0.05-3％；
[0010]
(2)制备玻璃预混料：将配重比好的玻璃原料和稀土氧化物放入研钵中研磨、混和
得到玻璃预混料；
[0011]
(3)制备完全熔融态的玻璃料：将上述玻璃预混料倒入预先清洁过的氧化铝坩埚，置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至1400℃后保温1-4小时，得到完全熔融态的玻璃料；
[0012]
(4)制备发光玻璃：将上述完全熔融态的玻璃料浇筑在500-700℃的铜板上，并在该温度下保持2-12小时，以消除硼硅酸盐玻璃内部的热应力，然后冷却至室温，制得发光玻璃。
[0013]
本发明为改善dy元素掺杂的玻璃的光学性能，gd2o3的加入可能在玻璃基体中起到网络改进剂的作用，因为其介电常数大，带隙大，化学稳定性好，温度稳定性好，可以起到吸收射线的作用。此外，tio2具有质轻和折射率大等优点，因此也常被选为玻璃添加剂；h3bo3和sio2形成硼硅酸盐，提高样品的透明性、密度、折射率、化学耐久性和耐热性。srco3可以稳定混料的结构。碱性氟化物cdf2的加入主要增强了玻璃网络的非周期性，降低了晶体性质。采用熔体淬火方法制备dy元素掺杂硼硅酸盐玻璃，具有反应快、效率高、节约能源，属于一种安全有效的玻璃制备方法，在保证玻璃质量的同时，可以降低制备成本。
[0014]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0015]
本发明以硼硅酸盐为玻璃基质，以稀土元素为发光剂，采用熔体淬火法制备稀土元素dy掺杂的硼硅酸盐发光玻璃，通过调整玻璃原料的种类和浓度，改善玻璃的热应力和发光效率。本发明采用的熔体淬火法，制备工艺简单、成本低廉，易实现工业化；且制得硼硅酸盐发光玻璃的发光性能优异，可应用于固态w-leds和γ辐射屏蔽中。
附图说明
[0016]
图1是本发明实施例提供的掺杂有各浓度dy2o3的硼硅酸盐发光玻璃在辐照能量15kev-15mev下的质量衰减系数，插图是在这一能量范围内的线性质量衰减系数；
[0017]
图2是本发明实施例提供的掺杂有各浓度dy2o3的硼硅酸盐发光玻璃的发射颜色在cie图表(1931)中的色度坐标。
具体实施方式
[0018]
一种稀土元素dy掺杂的硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，所述的稀土元素dy掺杂的硼硅酸盐玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 1-10％，h3bo
3 5-70％，cdf
2 5-15％，sio
2 10-20％，tio
2 1-10％，srco
3 5-15％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为0.05-3％。
[0019]
一种稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
[0020]
所述发光玻璃的原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 1-10％，h3bo
3 5-70％，cdf
2 5-15％，sio
2 10-20％，tio
2 1-10％，srco
3 5-15％；所述发光玻璃的制备方法包括，原料配重、球磨混料、原料高温熔融、模型浇注、保温退火。
[0021]
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
[0022]
实施例一
[0023]
(1)原料配重，分别称取玻璃原料和稀土氧化物，玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 5％，h3bo
3 54.95％，cdf
2 10％，sio
2 15％，tio
2 5％，srco
3 10％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为0.05％；
[0024]
(2)制备玻璃预混料，将配重比好的玻璃原料和稀土氧化物放入研钵中研磨、混和得到玻璃预混料；
[0025]
(3)制备完全熔融态的玻璃料，将上述玻璃预混料倒入预先清洁过的氧化铝坩埚，置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至1400℃后保温1小时，得到完全熔融态的玻璃料；
[0026]
(4)制备发光玻璃，将上述完全熔融态的玻璃料浇筑在600℃的铜板上，并在该温度下保持2小时，以消除硼硅酸盐玻璃内部的热应力，然后冷却至室温，制得发光玻璃。
[0027]
实施例二
[0028]
稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
[0029]
(1)原料配重，分别称取玻璃原料和稀土氧化物，玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 5％，h3bo
3 54.7％，cdf
2 10％，sio
2 15％，tio
2 5％，srco
3 10％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为0.3％；
[0030]
(2)制备玻璃预混料，将配重比好的玻璃原料和稀土氧化物放入研钵中研磨、混和得到玻璃预混料；
[0031]
(3)制备完全熔融态的玻璃料，将上述玻璃预混料倒入预先清洁过的氧化铝坩埚，置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至1400℃后保温1小时，得到完全熔融态的玻璃料；
[0032]
(4)制备发光玻璃，将上述完全熔融态的玻璃料浇筑在600℃的铜板上，并在该温度下保持2小时，以消除硼硅酸盐玻璃内部的热应力，然后冷却至室温，制得发光玻璃。
[0033]
实施例三
[0034]
稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
[0035]
(1)原料配重，分别称取玻璃原料和稀土氧化物，玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 5％，h3bo
3 54.5％，cdf
2 10％，sio
2 15％，tio
2 5％，srco
3 10％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为0.5％；
[0036]
(2)制备玻璃预混料，将配重比好的玻璃原料和稀土氧化物放入研钵中研磨、混和得到玻璃预混料；
[0037]
(3)制备完全熔融态的玻璃料，将上述玻璃预混料倒入预先清洁过的氧化铝坩埚，置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至1400℃后保温1小时，得到完全熔融态的玻璃料；
[0038]
(4)制备发光玻璃，将上述完全熔融态的玻璃料浇筑在600℃的铜板上，并在该温度下保持6小时，以消除硼硅酸盐玻璃内部的热应力，然后冷却至室温，制得发光玻璃。
[0039]
实施例四
[0040]
稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
[0041]
(1)原料配重，分别称取玻璃原料和稀土氧化物，玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 5％，h3bo
3 54％，cdf
2 10％，sio
2 15％，tio
2 5％，srco
3 10％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为1％；
[0042]
(2)制备玻璃预混料，将配重比好的玻璃原料和稀土氧化物放入研钵中研磨、混和得到玻璃预混料；
[0043]
(3)制备完全熔融态的玻璃料，将上述玻璃预混料倒入预先清洁过的氧化铝坩埚，置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至1400℃后保温1小时，得到完全熔融态的玻璃料；
[0044]
(4)制备发光玻璃，将上述完全熔融态的玻璃料浇筑在600℃的铜板上，并在该温度下保持6小时，以消除硼硅酸盐玻璃内部的热应力，然后冷却至室温，制得发光玻璃。
[0045]
实施例五
[0046]
稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃及其制备方法，包括以下步骤：
[0047]
(1)原料配重，分别称取玻璃原料和稀土氧化物，玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 5％，h3bo
3 53％，cdf
2 10％，sio
2 15％，tio
2 5％，srco
3 10％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为2％；
[0048]
(2)制备玻璃预混料，将配重比好的玻璃原料和稀土氧化物放入研钵中研磨、混和得到玻璃预混料；
[0049]
(3)制备完全熔融态的玻璃料，将上述玻璃预混料倒入预先清洁过的氧化铝坩埚，置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至1400℃后保温1小时，得到完全熔融态的玻璃料；
[0050]
(4)制备发光玻璃，将上述完全熔融态的玻璃料浇筑在600℃的铜板上，并在该温度下保持12小时，以消除硼硅酸盐玻璃内部的热应力，然后冷却至室温，制得发光玻璃。
[0051]
实施例六
[0052]
稀土元素dy掺杂的抗辐照硼硅酸盐发光玻璃的制备方法，包括以下步骤：
[0053]
(1)原料配重，分别称取玻璃原料和稀土氧化物，玻璃原料由gd2o3、sio2、h3bo3、cdf2、tio2、srco3组成，其中gd2o
3 5％，h3bo
3 52％，cdf
2 10％，sio
2 15％，tio
2 5％，srco
3 10％；所述的稀土氧化物为dy2o3，质量百分比为3％；
[0054]
(2)制备玻璃预混料，将配重比好的玻璃原料和稀土氧化物放入研钵中研磨、混和得到玻璃预混料；
[0055]
(3)制备完全熔融态的玻璃料，将上述玻璃预混料倒入预先清洁过的氧化铝坩埚，置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至1400℃后保温1小时，得到完全熔融态的玻璃料；
[0056]
(4)制备发光玻璃，将上述完全熔融态的玻璃料浇筑在600℃的铜板上，并在该温度下保持12小时，以消除硼硅酸盐玻璃内部的热应力，然后冷却至室温，制得发光玻璃。
[0057]
上述实施例中获得的掺杂有0.05％，0.3％，0.5％，1％，2％和3％dy2o3的硼硅酸盐玻璃分别记为0.05dygsbs，0.3dygsbs，0.5dygsbs，1dygsbs，2dygsbs和3dygsbs。
[0058]
如图1所示，样品的质量衰减系数是衡量γ辐射的基本参数之一。在低能0.015mev时，所有玻璃的质量衰减系数值都较大，这是由于光电相互作用在低能区占主导地位，因此玻璃的质量衰减系数值较高；而在15mev高能量下，所有玻璃的质量衰减系数值都较小，这是由于康普顿散射在高能量区占主导地位，因此玻璃的质量衰减系数值较低。玻璃基体中gd3+和dy3+离子的加入增加了玻璃的密度，增加了入射光子与材料之间的质量衰减系数值和相互作用的可能性，使光子与玻璃之间的相互作用概率变高，穿透玻璃的光子数量变少，从而促进了玻璃中有害电离辐射的衰减，这证实了所制备的硼硅酸盐玻璃在低能区可用于γ射线屏蔽。
[0059]
如图2所示，从图中可以看出硼硅酸盐玻璃的色度坐标位于白色区域，发射颜色在国际发光委员会(cie)图表(1931)中的色度坐标位于白色区域，这证实了所制备的硼硅酸盐玻璃在固态w-leds中有潜在的应用。
[0060]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。