鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光劑量片的製備方法與流程

2023-07-13 16:51:51 2

本發明涉及一種以lioh·h2o、mg(no3)2·6h2o、nh4h2po4、h3bo3、tb4o7為起始物料，通過研磨、預燒、壓坯、高溫燒結等一系列流程製備鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光劑量片。

背景技術：

利用光激勵發光材料被外界光激勵後發出的螢光強度與材料先前所吸收的輻射劑量成正比的特性測量輻射劑量的方法是近年來出現的一種新型的輻射劑量測試技術。這種光激勵發光技術具有靈敏度高、可測量範圍寬、可在線測量等優點，在空間劑量監測、核設施劑量監測、放射醫療等領域具有很好的應用前景。20世紀50年代,antonovromanovskii等人在前蘇聯的一次和平利用原子能會議上首次提出了稀土摻雜鹼土硫化物srs:eu,sm作為電離輻射劑量計使用材料的建議。但是由於缺乏具有高靈敏度、高激發效率、高退火特性材料和好的激勵方法，直到80年代中期,光激勵發光在輻射劑量測量方面的研究才有了突破性進展。

目前，已經開發出基於α-al2o3:c和beo的個人輻射商用劑量計。α-al2o3:c目前是已經商業化廣泛應用的材料，雖然這種材料具有出色的輻射劑量響應特性且廣泛應用於個人劑量計、環境劑量監測以及空間探測領域，但是該材料製備工藝複雜，生長製備條件的微小波動會極大影響材料的性能，導致該材料良品率低，成本高。beo是最有希望取代al2o3:c的光激勵發光材料之一,該材料所具有近生物組織等效性、低成本、良好地電氣絕緣以及激發、發射譜範圍的明顯區分等優點使得其極具商業發展前景。但是該材料具有探測下線低(10mgy)等缺點限制了該材料的應用。

近些年來，科研人員在嘗試尋找具有發展潛力的其它材料來代替上述兩種材料。於是稀土元素摻雜的無機鹽材料進入了人們的視野，通過研究發現，cas:ce,sm,caso4:eu,baso4:eu,dy,mg2sio4:tb,ba2mgsi2o7:dy3+、kmgpo4:tb3+和mcapo4:ce(m＝li,k)等螢光材料在輻照劑量測量方面具有巨大的潛力。鋱摻雜光激勵發光材料磷酸鎂鋰(limgpo4:tb,b)材料性質穩定，激勵激發譜和激勵發射譜具有很好的區分度，光激勵激發時間在4秒以內，材料的光激勵發光強度信號就降低到初始強度的10％以下。所以，稀土摻雜光激勵發光材料磷酸鎂鋰(limgpo4:tb,b)是應用於輻射劑量檢測及實時在線測量方面較為理想的材料。

但是，因為通過先前的高溫固相反應製備出來的材料具有不規則的形狀，且二次切削加工的難度較大，所以按照以往方法製備出的該系列材料多為粉末或無規則小顆粒狀態。本發明採用了具有針對性的二次燒結製備工藝，製備出了具有規則形狀和可指定尺寸的塊體材料。該材料更容易作為個人劑量計而隨身攜帶，並且更容易與光纖傳導輻射劑量在線測量系統整合。

技術實現要素：

本發明目的在於，提供一種鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光劑量片的製備方法，該方法由原材料lioh·h2o、mg(no3)2·6h2o、nh4h2po4、h3bo3和tb4o7經研磨、預燒、壓坯、高溫燒結製成，通過本發明所述方法獲得的鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光劑量片在個人輻射劑量監測方面，相對於粉體材料更易於攜帶；在組建光纖輻射劑量在線測量系統方面，片狀輻射劑量敏感材料比粉體材料更易與光纖整合得到劑量探頭；在劑量片製備方法方面，採用低溫預燒的方法得到中間粉體，避免了由高溫燒結後再研磨得到粉體材料過程造成的材料汙染和設備損傷，並且節省了大量的時間和能源，提高了材料品質；在劑量片的性能方面，所製備出的劑量片可以應用於個人劑量測量以及環境、醫學的輻射劑量的實時在線測量。

本發明所述的一種鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光輻射劑量片的製備方法，按下列步驟進行：

a、將原料lioh·h2o:mg(no3)2·6h2o:nh4h2po4:h3bo3:tb4o7放入瑪瑙研缽中研磨1h，得到混合物料；

b、將步驟a得到的混合物料裝入剛玉坩堝中，放入高溫燒結爐中，以升溫速率2℃/min，升至預燒溫度750℃，保溫15h，再隨爐降至室溫，得到limgpo4:tb,b預燒材料；

c、將步驟b得到的預燒材料用玻璃研缽研磨，消除結塊，得到白色的limgpo4:tb,b粉體；

d、將步驟c得到的粉體稱取0.10g倒入內徑為10mm的不鏽鋼衝壓模具中壓製成坯體，衝壓壓力為30kg/cm2，保壓時間為10s；

e、將步驟d中的坯體置入氧化鋁粉體中進行高溫燒結，以升降溫速率為2℃/min，升至燒結溫度為850℃-950℃，燒結保溫時間為1h-3h，再降至室溫，得到劑量片毛坯；

f、將步驟e得到的劑量片毛坯上粘附的氧化鋁粉打磨掉，然後在無水乙醇中超聲洗滌1min，烘乾後得到鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光劑量片。

步驟e中的燒結溫度為900℃，保溫時間為2h。

本發明所述的鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光劑量片，該材料是由原料lioh·h2o、mg(no3)2·6h2o、nh4h2po4、h3bo3、tb4o7經研磨、預燒、壓坯、高溫燒結製成，化學式為limgpo4:tb,b，其中lioh·h2o:mg(no3)2·6h2o:nh4h2po4:h3bo3:tb4o7＝1:0.89:0.86:0.22:0.0022

本發明所述鋱摻雜磷酸鎂鋰光激勵發光劑量片的製備方法，與現有技術相比，其實質性特點為：

1)相比於al2o3:c劑量片，limgpo4:tb,b劑量片的製備難度及成本大幅度降低，反應條件更加溫和，成品率有著大幅度的提高，為limgpo4:tb,b輻射劑量敏感材料的商用化打下堅定的基礎；

2)降低燒結反應溫度，製備出了易於研磨成粉的預燒材料，省去了製備該系列材料之前過程中難度較大的研磨過程，並且極大程度地降低了雜質的引入以及手動研磨對材料性能的不確定影響，並且保護了生產設備；

3)以該製備方法為基礎，通過更換不同的衝壓模具，更容易地可以製備出不同形狀及尺寸的劑量敏感性材料，以適應不同場合及環境下的需求。

附圖說明

圖1為本發明材料對比分析圖，其中a為limgpo4:tb,b，b為limgpo4標準譜物；

圖2為本發明的螢光激發譜圖，其中a為limgpo4:tb,b材料，b為螢光發射譜圖；

圖3為本發明的輻照劑量響應曲線圖。

具體實施方式：

實施例1

a、在瑪瑙研缽中，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)，放入瑪瑙研缽中研磨1h，得到灰色糊狀混合物料；

b、將步驟a得到的混合物料裝入剛玉坩堝中，放入高溫燒結爐中，以升溫速率2℃/min，升至預燒溫度750℃，保溫15h，再隨爐降至室溫，得到白色的limgpo4:tb,b預燒材料；

c、反應結束後，將白色的limgpo4:tb,b預燒材料從坩堝中取出，然後用玻璃研缽研磨，消除結塊，得到白色的limgpo4:tb,b粉體；

d、將步驟c得到的粉體稱取0.10g並倒入內徑為10mm的單向不鏽鋼衝壓模具中壓製成劑量片坯體，衝壓壓力為30kg/cm2，保壓時間為10s；

e、將步驟d中的坯體置入氧化鋁粉體中進行高溫燒結，以升降溫速率為2℃/min，升至燒結溫度為850℃，燒結保溫時間為1h，再降至室溫，得到劑量片毛坯；