铽掺杂磷酸镁锂光激励发光剂量片的制备方法与流程

文档序号：11428531阅读：303来源：国知局

本发明涉及一种以lioh·h2o、mg(no3)2·6h2o、nh4h2po4、h3bo3、tb4o7为起始物料，通过研磨、预烧、压坯、高温烧结等一系列流程制备铽掺杂磷酸镁锂光激励发光剂量片。

背景技术：

利用光激励发光材料被外界光激励后发出的荧光强度与材料先前所吸收的辐射剂量成正比的特性测量辐射剂量的方法是近年来出现的一种新型的辐射剂量测试技术。这种光激励发光技术具有灵敏度高、可测量范围宽、可在线测量等优点，在空间剂量监测、核设施剂量监测、放射医疗等领域具有很好的应用前景。20世纪50年代,antonovromanovskii等人在前苏联的一次和平利用原子能会议上首次提出了稀土掺杂碱土硫化物srs:eu,sm作为电离辐射剂量计使用材料的建议。但是由于缺乏具有高灵敏度、高激发效率、高退火特性材料和好的激励方法，直到80年代中期,光激励发光在辐射剂量测量方面的研究才有了突破性进展。

目前，已经开发出基于α-al2o3:c和beo的个人辐射商用剂量计。α-al2o3:c目前是已经商业化广泛应用的材料，虽然这种材料具有出色的辐射剂量响应特性且广泛应用于个人剂量计、环境剂量监测以及空间探测领域，但是该材料制备工艺复杂，生长制备条件的微小波动会极大影响材料的性能，导致该材料良品率低，成本高。beo是最有希望取代al2o3:c的光激励发光材料之一,该材料所具有近生物组织等效性、低成本、良好地电气绝缘以及激发、发射谱范围的明显区分等优点使得其极具商业发展前景。但是该材料具有探测下线低(10mgy)等缺点限制了该材料的应用。

近些年来，科研人员在尝试寻找具有发展潜力的其它材料来代替上述两种材料。于是稀土元素掺杂的无机盐材料进入了人们的视野，通过研究发现，cas:ce,sm,caso4:eu,baso4:eu,dy,mg2sio4:tb,ba2mgsi2o7:dy³⁺、kmgpo4:tb³⁺和mcapo4:ce(m＝li,k)等荧光材料在辐照剂量测量方面具有巨大的潜力。铽掺杂光激励发光材料磷酸镁锂(limgpo4:tb,b)材料性质稳定，激励激发谱和激励发射谱具有很好的区分度，光激励激发时间在4秒以内，材料的光激励发光强度信号就降低到初始强度的10％以下。所以，稀土掺杂光激励发光材料磷酸镁锂(limgpo4:tb,b)是应用于辐射剂量检测及实时在线测量方面较为理想的材料。

但是，因为通过先前的高温固相反应制备出来的材料具有不规则的形状，且二次切削加工的难度较大，所以按照以往方法制备出的该系列材料多为粉末或无规则小颗粒状态。本发明采用了具有针对性的二次烧结制备工艺，制备出了具有规则形状和可指定尺寸的块体材料。该材料更容易作为个人剂量计而随身携带，并且更容易与光纤传导辐射剂量在线测量系统整合。

技术实现要素：

本发明目的在于，提供一种铽掺杂磷酸镁锂光激励发光剂量片的制备方法，该方法由原材料lioh·h2o、mg(no3)2·6h2o、nh4h2po4、h3bo3和tb4o7经研磨、预烧、压坯、高温烧结制成，通过本发明所述方法获得的铽掺杂磷酸镁锂光激励发光剂量片在个人辐射剂量监测方面，相对于粉体材料更易于携带；在组建光纤辐射剂量在线测量系统方面，片状辐射剂量敏感材料比粉体材料更易与光纤整合得到剂量探头；在剂量片制备方法方面，采用低温预烧的方法得到中间粉体，避免了由高温烧结后再研磨得到粉体材料过程造成的材料污染和设备损伤，并且节省了大量的时间和能源，提高了材料品质；在剂量片的性能方面，所制备出的剂量片可以应用于个人剂量测量以及环境、医学的辐射剂量的实时在线测量。

本发明所述的一种铽掺杂磷酸镁锂光激励发光辐射剂量片的制备方法，按下列步骤进行：

a、将原料lioh·h2o:mg(no3)2·6h2o:nh4h2po4:h3bo3:tb4o7放入玛瑙研钵中研磨1h，得到混合物料；

b、将步骤a得到的混合物料装入刚玉坩埚中，放入高温烧结炉中，以升温速率2℃/min，升至预烧温度750℃，保温15h，再随炉降至室温，得到limgpo4:tb,b预烧材料；

c、将步骤b得到的预烧材料用玻璃研钵研磨，消除结块，得到白色的limgpo4:tb,b粉体；

d、将步骤c得到的粉体称取0.10g倒入内径为10mm的不锈钢冲压模具中压制成坯体，冲压压力为30kg/cm²，保压时间为10s；

e、将步骤d中的坯体置入氧化铝粉体中进行高温烧结，以升降温速率为2℃/min，升至烧结温度为850℃-950℃，烧结保温时间为1h-3h，再降至室温，得到剂量片毛坯；

f、将步骤e得到的剂量片毛坯上粘附的氧化铝粉打磨掉，然后在无水乙醇中超声洗涤1min，烘干后得到铽掺杂磷酸镁锂光激励发光剂量片。

步骤e中的烧结温度为900℃，保温时间为2h。

本发明所述的铽掺杂磷酸镁锂光激励发光剂量片，该材料是由原料lioh·h2o、mg(no3)2·6h2o、nh4h2po4、h3bo3、tb4o7经研磨、预烧、压坯、高温烧结制成，化学式为limgpo4:tb,b，其中lioh·h2o:mg(no3)2·6h2o:nh4h2po4:h3bo3:tb4o7＝1:0.89:0.86:0.22:0.0022

本发明所述铽掺杂磷酸镁锂光激励发光剂量片的制备方法，与现有技术相比，其实质性特点为：

1)相比于al2o3:c剂量片，limgpo4:tb,b剂量片的制备难度及成本大幅度降低，反应条件更加温和，成品率有着大幅度的提高，为limgpo4:tb,b辐射剂量敏感材料的商用化打下坚定的基础；

2)降低烧结反应温度，制备出了易于研磨成粉的预烧材料，省去了制备该系列材料之前过程中难度较大的研磨过程，并且极大程度地降低了杂质的引入以及手动研磨对材料性能的不确定影响，并且保护了生产设备；

3)以该制备方法为基础，通过更换不同的冲压模具，更容易地可以制备出不同形状及尺寸的剂量敏感性材料，以适应不同场合及环境下的需求。

附图说明

图1为本发明材料对比分析图，其中a为limgpo4:tb,b，b为limgpo4标准谱物；

图2为本发明的荧光激发谱图，其中a为limgpo4:tb,b材料，b为荧光发射谱图；

图3为本发明的辐照剂量响应曲线图。

具体实施方式：

实施例1

a、在玛瑙研钵中，加入原料lioh·h2o15.42g(0.37mol)、mg(no3)2·6h2o84.61g(0.33mol)、nh4h2po436.42g(0.32mol)、tb4o70.598g(0.25mol％)和h3bo35.0g(0.08mol)，放入玛瑙研钵中研磨1h，得到灰色糊状混合物料；

b、将步骤a得到的混合物料装入刚玉坩埚中，放入高温烧结炉中，以升温速率2℃/min，升至预烧温度750℃，保温15h，再随炉降至室温，得到白色的limgpo4:tb,b预烧材料；

c、反应结束后，将白色的limgpo4:tb,b预烧材料从坩埚中取出，然后用玻璃研钵研磨，消除结块，得到白色的limgpo4:tb,b粉体；

d、将步骤c得到的粉体称取0.10g并倒入内径为10mm的单向不锈钢冲压模具中压制成剂量片坯体，冲压压力为30kg/cm²，保压时间为10s；

e、将步骤d中的坯体置入氧化铝粉体中进行高温烧结，以升降温速率为2℃/min，升至烧结温度为850℃，烧结保温时间为1h，再降至室温，得到剂量片毛坯；