一种大尺寸透明闪烁体的制备方法

本发明属于x射线闪烁体探测成像，具体地说涉及一种大尺寸透明闪烁体的制备方法。

背景技术：

1、新世纪以来，x射线闪烁体探测成像技术已广泛应用在医学成像、无创检查、辐射检测等军事民生领域。其中，闪烁体作为其核心部件，是将高能射线转化为低能光子的材料，直接决定x射线探测成像的质量。目前，x射线成像装置使用的传统闪烁体包括csi:ti、nai:ti、bi4ge3o12(bgo)、cdwo4和(lu, y)2sio5(lyso)等无机晶体，其中这些闪烁晶体的制备大部分是基于耗时的高温加热工艺，具有合成成本高，环境不友好，尺寸难以做大等缺点，这限制其进一步的成像应用。经过科学家的探索，无机钙钛矿材料作为新型的闪烁体材料具有优异的辐射特性。然而钙钛矿因其固有的小斯托克斯位移和较强自吸收效应，会大大降低光输出耦合效率，并且其含有铅重金属元素，具有毒性。此外，由于难以生产大面积晶体材料，晶体闪烁体的应用在大面积x射线成像领域受到限制。研究人员将纳米闪烁晶体或微晶颗粒封装在聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯等有机聚合物中，并将这些闪烁体薄膜应用于大面积x射线探测成像。然而，制备的薄膜透明度和稳定性较差，还导致光散射，影响成像分辨率。因此，为了满足实际需求，开发低成本、大尺寸、高空间分辨率及低探测剂量和高稳定性的闪烁体具有重大的商业价值和科学意义。

技术实现思路

1、因此，为了满足实际需求，开发低成本、大尺寸、高空间分辨率及低探测剂量和高稳定性的闪烁体具有重大的商业价值和科学意义。鉴于此，本发明提供一种大尺寸透明闪烁体的制备方法及其应用，此方法是以溶胶凝胶法合成纳米氧化锌，进一步使用硅烷偶联剂修饰,并通过氧化锌量子点自组装排列技术制备了高效发光的大尺寸闪烁体。

2、本发明的目的是以下述方式实现的：

3、一种大尺寸透明闪烁体的制备方法，包括以下步骤：

4、a.原料准备：锌源和无水乙醇、异丙醇或无水甲醇按照（1.62-1.65）g:(50-250)ml的比例配制锌源溶液，其中锌源以zn+2的克数计量，锌源为二水二水乙酸锌、硝酸锌、硫酸锌或者氯化锌；氢氧化物和无水乙醇、异丙醇或无水甲醇按照（0.60-1.15）:(20-100)的比例配制碱溶液，其中氢氧化物以oh-1的克数计量，氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化锂或氢氧化钡，无水乙醇、异丙醇或无水甲醇以体积ml计；硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷以ml计；

5、b.制备样品：将步骤a中碱源溶液添加到锌源溶液里，碱溶液以oh-1的克数进行计量、锌源溶液以zn+2的克数计量，碱溶液与锌源溶液以（0.60-1.15）:（1.62-1.65）的质量比混合搅拌，进行纳米氧化锌晶体的合成；

6、c.反应：搅拌过程中乳白色的锌源溶液会逐渐变清，反应到溶液完全无色透明，伴随着纳米氧化锌晶体的生成，溶液在紫外灯下发出明亮的绿光；

7、d.硅烷偶联剂修饰：成功制备出纳米氧化锌后，配制硅烷偶联剂溶液并添加至反应容器中，硅烷偶联剂溶液配制：硅烷偶联剂和去离子水按照（0.33-0.5）:（1.65-2.5）的体积比进行混合，按锌源以zn+2的克数计量，锌源与硅烷偶联剂按（1.62-1.65）g :（0.33-0.5）ml，并进行搅拌，该过程无色透明溶液会变成乳白色，继续搅拌直至硅烷偶联剂全部水解反应，得到含有氧化锌纳米晶体和乙醇溶液混合物，之后对其进行离心干燥得到硅烷偶联剂修饰后的氧化锌纳米晶体；

8、e.透明闪烁体制备：按制备的氧化锌质量计，氧化锌晶体和水比例为1g：（0.5-1.5）ml，将步骤d的氧化锌晶体溶于水并转移到模具中，利用修饰后氧化锌表面化学基团相似性，使其连接自组装成大尺寸的透明氧化锌闪烁体材料，通过改变模具的形状可以制备任意形状的x射线闪烁体。

9、上述大尺寸透明闪烁体的制备方法，所述大尺寸闪烁体表征如下：利用透射电子显微镜技术氧化锌纳米晶的尺寸进行表征，氧化锌纳米晶颗粒均一，尺寸大约为4.26 nm；利用x 射线衍射技术测得样品的衍射峰和氧化锌标准卡吻合的很好，是明显的氧化锌物相结构，表明合成了氧化锌纳米晶；氧化锌纳米晶体，在可见区的透光率接近于100%，表现出优异的透光性；测试氧化锌纳米晶荧光和吸收光谱、其吸收区位于紫外，发光峰位于570nm，半峰宽高达142 nm，斯托克斯位移为210 nm，没有自吸收现象，发光效率为57%，具有高量子效率，宽半峰宽的发射特征；进一步表征氧化锌纳米晶的x射线辐射光谱，辐射发光光谱峰位于580 nm，在x射线激发下具有明亮的黄光；进一步测量氧化锌纳米晶体闪烁体的大小，其长度可达到1米，且具有优异的透明性和x射线辐射发光性能；利用x射线成像技术测得氧化锌闪烁体成像屏的分辨率高达42 lp/mm。

10、上述大尺寸透明闪烁体的制备方法，步骤a中锌源与无水乙醇或无水甲醇比例为1.95g:160m，氢氧化物和无水乙醇或者无水甲醇比例为0.64g：20ml。

11、所述大尺寸透明闪烁体的应用，由权利要求1-3中任一项所述的大尺寸透明闪烁体制备方法所制备的大尺寸透明氧化锌闪烁体应用在芯片内部检测领域、医学成像领域或者安全检查领域

12、相对于现有技术，本发明具有以下技术效果：

13、1、闪烁体制备尺寸大，成像面积可达（1 m * 0.5 m）

14、2、制备方法简单，大规模制备，耗能低，反应过程可以不用加热。

15、3、所制备的氧化锌闪烁体稳定性好，光产额高

16、4、制备成本低，远低于商业闪烁体的制造成本

17、5、通过溶液量子点自组装排列技术，制备的闪烁体尺寸形状大小可调，不需要经过后期的打磨修饰，就可以满足多种x射线探测成像光电器件的制作要求。

18、采用本发明可以快速制备大尺寸高效率的氧化锌闪烁体，为合成新型闪烁体提供了新思路，可以用于x射线探测成像，推动了氧化锌闪烁体在核医学成像，安全检查，无损探伤，高能粒子探测等领域广泛应用。

技术特征：

1.一种大尺寸透明闪烁体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大尺寸透明闪烁体的制备方法，其特征在于：所述大尺寸闪烁体表征如下：利用透射电子显微镜技术氧化锌纳米晶的尺寸进行表征，氧化锌纳米晶颗粒均一，尺寸大约为4.26 nm；利用x 射线衍射技术测得样品的衍射峰和氧化锌标准卡吻合的很好，是明显的氧化锌物相结构，表明合成了氧化锌纳米晶；氧化锌纳米晶体，在可见区的透光率接近于100%，表现出优异的透光性；测试氧化锌纳米晶荧光和吸收光谱、其吸收区位于紫外，发光峰位于570 nm，半峰宽高达142 nm，斯托克斯位移为210 nm，没有自吸收现象，发光效率为57%，具有高量子效率，宽半峰宽的发射特征；进一步表征氧化锌纳米晶的x射线辐射光谱，辐射发光光谱峰位于580 nm，在x射线激发下具有明亮的黄光；进一步测量氧化锌纳米晶体闪烁体的大小，其长度可达到1米，且具有优异的透明性和x射线辐射发光性能；利用x射线成像技术测得氧化锌闪烁体成像屏的分辨率高达42 lp/mm。

3.根据权利要求1所述的大尺寸透明闪烁体的制备方法，其特征在于：步骤a中锌源与无水乙醇或无水甲醇比例为1.95g:160m，氢氧化物和无水乙醇或者无水甲醇比例为0.64g：20ml。

4.一种大尺寸透明闪烁体的应用，其特征在于：由权利要求1-3中任一项所述的大尺寸透明闪烁体制备方法所制备的大尺寸透明氧化锌闪烁体应用在芯片内部检测领域、医学成像领域或者安全检查领域。

技术总结
本发明公开一种大尺寸透明闪烁体的制备方法，包括以下步骤：a.原料准备：锌源和无水乙醇、异丙醇或无水甲醇按照（1.62‑1.65）g:(50‑250)ml的比例配制锌源溶液，氢氧化物和无水乙醇、异丙醇或无水甲醇按照（0.60‑1.15）:(20‑100)的比例配制碱溶液；b.制备样品：将步骤a中碱源溶液添加到锌源溶液里，碱溶液以OH‑1的克数进行计量、锌源溶液以Zn+2的克数计量，碱溶液与锌源溶液以（0.60‑1.15）:（1.62‑1.65）的质量比混合搅拌，进行纳米氧化锌晶体的合成；c.反应；d.硅烷偶联剂修饰；e.透明闪烁体制备：按制备的氧化锌质量计，氧化锌晶体和水比例为1g：（0.5‑1.5）ml，将步骤d的氧化锌晶体溶于水并转移到模具中。

技术研发人员：刘凯凯,宋世玉,赵文博,周蕊,郜超军,单崇新
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13