一种银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及磷酸盐玻璃技术领域，具体涉及一种银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃及其制备方法和应用。


背景技术：

2.电离辐射包括电子、质子、中子及较重粒子的粒子源，电磁辐射，微波辐射，光辐射，同步辐射等。随着核电技术、核放射医疗技术、航空航天技术等领域的进步，电磁辐射逐渐应用于工业、医学、农业上。我们的生活环境中存在着天然电离辐射和人工电离辐射，可以说，电离辐射就在我们身边，因此人们对环境和个人剂量检测有了更为广泛的关注。辐射光致发光玻璃剂量计(rpl)具有体积小、质量小、剂量响应宽、重复读数等优点，在辐射剂量探测方面展现广泛的应用前景。rpl玻璃剂量计于1953年被schulman等人发明，其成分为掺银磷酸盐玻璃。当玻璃受到电离辐射照射后，可形成两个稳定的发光陷阱中心。当受到300-370nm的紫外光的激发后，会发出波长600-750nm的橙色荧光，即辐射光致发光，其荧光强度与电离辐射的剂量成正比。随着脉冲紫外光和紫外led在玻璃剂量计装置中的应用。
3.然而在自然条件恶劣的地区，比如野外、核电厂周围、荒漠等，使用时rpl玻璃剂量计时，辐射对会电路系统、激光光源和光电二极管产生较大影响。当使用紫外灯激发后，银单掺磷酸盐玻璃的荧光强度测试会产生误差，从而导致环境中的实际辐射剂量与测试结果产生误差。所以，双掺磷酸盐玻璃会对测试误差进行修正，保证测量准确性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃及其制备方法和应用，用310nm激光光去激发受到不同剂量辐照后的玻璃，同时产生分别对应于银、钕的650、1053nm的荧光峰，两者之间存在能量转移。两个荧光峰强度与辐照剂量正相关，但两个荧光峰强度的比值却不随辐照剂量改变而发生变化。当本发明玻璃受到辐射后，银缺陷光致辐射(650nm)、钕(1053nm)的荧光峰强同时对辐照剂量进行标定，两者相互验证，来提高辐射光致发光玻璃在电离辐射计量应用中的可信度和准确性，其适用于环境监测等条件比较恶劣的领域。
5.本发明的技术方案是这样实现的：
6.本发明提供一种银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃，该玻璃的组分及其物质的量百分比如下：lipo3：60-80mol％，al(po3)3：20-40mol％，ag2o：0-0.25mol％，nd2o3：0-0.25mol％。
7.本发明进一步保护一种上述银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)按玻璃的组分及其物质的量百分比，计算原料的质量，称取高纯度lipo3、al(po3)3、nd2o3和ag2o粉末状原料；
9.(2)将称量过后的原料混合均匀后，放置于预热后的刚玉坩埚中；
10.(3)并将刚玉坩埚放入硅钼棒电炉进行熔制，后通入ccl4、o2混合气体除水，然后升
温进行澄清；
11.(4)澄清过后，降温至熔制温度出炉，将玻璃液浇注在预热的模具上；
12.(5)待玻璃固化后迅速转移至马弗炉中进行退火；
13.(6)将退过火的玻璃后进行切割成玻璃片，用金刚砂进行研磨，再用抛光粉进行抛光，然后将抛光后的玻璃片进行超声清理；
14.(7)将超声后的玻璃分别进行不同剂量的辐照。
15.作为本发明的进一步改进，步骤(1)中所述高纯度lipo3的含量为60-80mol％；高纯度al(po3)3的含量为20-40mol％；高纯度nd2o3的含量为0-0.25mol％；高纯度ag2o的含量为0-0.25mol％。
16.作为本发明的进一步改进，步骤(2)中所述预热温度为750-850℃，优选地，为800℃。
17.作为本发明的进一步改进，步骤(3)中所述熔制温度为1100-1300℃，时间为0.5-1h；除水时间为0.5-1.5h；所述升温至1200-1400℃。
18.作为本发明的进一步改进，步骤(4)中所述预热的模具温度为180-220℃，优选地，为200℃。
19.作为本发明的进一步改进，步骤(5)中所述退火工艺为：升温至玻璃转变温度tg附近，玻璃转移至马弗炉后先保温2-4h，然后随马弗炉自动降至室温。
20.作为本发明的进一步改进，所述玻璃转变温度tg为420-440℃，优选地，为430℃。
21.作为本发明的进一步改进，步骤(6)中所述玻璃片的规格为20*20*2mm3；依次用60、40、20μm的金刚砂研磨；所述抛光粉为氧化铈。
22.本发明进一步保护一种上述银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃在标定辐射剂量中的应用。
23.本发明具有如下有益效果：本发明制备的用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃，在紫外光的照射，玻璃发出橙色的荧光，确认玻璃中ag0和ag
2
缺陷的产生。当310nm激光光去激发玻璃时，产生分别对应于银缺陷光致辐射(650nm)、钕(1053nm)的的荧光峰，且两者之间存在能量转移。两个荧光峰强度与辐照剂量正相关，但两个荧光峰强度的比值却不随辐照剂量改变而发生变化。通过两个荧光峰同时去标定辐射剂量，提高了测量的准确性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例1制得的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃通过310nm氙灯激发，在500-1090nm内的荧光光谱图；
26.图2为本发明实施例1制得的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃辐照后，通过310nm氙灯激发，ag缺陷荧光峰强(650nm处)与辐照剂量关系图；
27.图3为本发明实施例1制得的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃辐照后，通过310nm氙灯激发，nd
3
离子荧光峰强(1053nm处)与辐照剂量关系图；
28.图4为本发明实施例1制得的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃辐照后，通过310nm氙灯激发下，ag缺陷荧光峰强(650nm处)和nd
3
离子荧光峰强(1053nm处)比值与辐照剂量关系图。
具体实施方式
29.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.表1为本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃的组分和物质的量百分比(mol％)：
32.表1
33.组成mol％lipo369.825al(po3)329.925ag2o0.25nd2o30.25
34.本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃的制备方法包括以下步骤：
35.(1)按照上表1所述的玻璃的组分及其物质的量百分比，计算原料的质量，称取高纯度lipo3、al(po3)3、nd2o3和ag2o粉末状原料；
36.(2)将称量过后的原料混合均匀后，放置于预热至750℃的刚玉坩埚中；
37.(3)并将刚玉坩埚放入硅钼棒电炉进行熔制，熔制温度为1100℃。熔融半小时后通入ccl4、o2混合气体除水1h，然后升温至1200℃进行澄清；
38.(4)澄清过后，降温至熔制温度出炉，将玻璃液浇注在预热至180℃的模具上；
39.(5)待玻璃固化后迅速转移至马弗炉中进行退火，退火工艺为：提前升至玻璃转变温度tg为420℃附近，玻璃转移至马弗炉后先保温3h，然后随马弗炉自动降至室温；
40.(6)将退过火的玻璃后进行切割，加工成20*20*2mm3的玻璃片，分别利用60，40，20μm的金刚砂进行研磨，再利用氧化铈抛光粉进行抛光，然后将抛光后的玻璃片进行超声清理；
41.(7)将超声后的玻璃分别进行不同剂量的辐照。
42.对实施例1所制备得到的用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃进行荧光测试
43.荧光光谱测试仪器为edinburgh instrument flsp920稳态/瞬态荧光光谱仪。采用310nm氙灯作为泵浦源，测试范围为500-1091nm。
44.图1为用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃在不同剂量辐照后，通过310nm氙灯激发，在500-1090nm内的荧光光谱；图2是本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃在不同剂量辐照后，通过310nm氙灯激发，ag缺陷荧光峰强(650nm处)与辐照剂量关系；图3是本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃在不同剂量辐照后，通过310nm氙灯激发，nd
3
离子荧光峰强(1053nm处)与辐照剂量关系；图4是本发明用于
辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃在不同剂量辐照后，通过310nm氙灯激发，ag缺陷荧光峰强(650nm处)和nd
3
离子荧光峰强(1053nm处)比值与辐照剂量关系。
45.图1为不同剂量(50、100、200gy)辐照后的玻璃在310nm氙灯去激发下，500-1090nm范围内的荧光光谱图。500-800nm为银缺陷(ag0和ag
2
)的光致发射荧光峰，1000-1090nm为nd
3
离子的荧光峰。从图1进而可以得到银缺陷(ag0和ag
2
)的光致发射荧光峰强(650nm)、nd
3
离子的荧光峰强(1053nm)及ag缺陷荧光峰强(650nm处)和nd
3
离子荧光峰强(1053nm处)比值与辐照剂量关系，如图2、3、4所示。当本发明的玻璃受到外界辐照时，310nm氙灯激发下，会产生荧光响应，通过测试银缺陷(ag0和ag
2
)的光致发射荧光峰(650nm)、nd
3
离子的荧光峰强(1053nm)的强度与辐照剂量的关系，通过两个曲线图同时拟合，可以得出外界辐照强度。
46.实施例2
47.表2为本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃的组分和物质的量百分比(mol％)：
48.表2
49.组成mol％lipo370al(po3)329.5ag2o0.25nd2o30.25
50.本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃的制备方法包括以下步骤：
51.(1)按照上表2所述的玻璃的组分及其物质的量百分比，计算原料的质量，称取高纯度lipo3、al(po3)3、nd2o3和ag2o粉末状原料；
52.(2)将称量过后的原料混合均匀后，放置于预热至850℃的刚玉坩埚中；
53.(3)并将刚玉坩埚放入硅钼棒电炉进行熔制，熔制温度为1300℃。熔融半小时后通入ccl4、o2混合气体除水1h，然后升温至1400℃进行澄清；
54.(4)澄清过后，降温至熔制温度出炉，将玻璃液浇注在预热至220℃的模具上；
55.(5)待玻璃固化后迅速转移至马弗炉中进行退火，退火工艺为：提前升至玻璃转变温度tg为440℃附近，玻璃转移至马弗炉后先保温3h，然后随马弗炉自动降至室温；
56.(6)将退过火的玻璃后进行切割，加工成20*20*2mm3的玻璃片，分别利用60，40，20μm的金刚砂进行研磨，再利用氧化铈抛光粉进行抛光，然后将抛光后的玻璃片进行超声清理；
57.(7)将超声后的玻璃分别进行不同剂量的辐照。
58.实施例3
59.表3为本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃的组分和物质的量百分比(mol％)：
60.表3
61.组成mol％lipo369.825al(po3)329.925
ag2o0.25nd2o30.25
62.本发明用于辐射剂量标定的银钕共掺锂铝磷酸盐玻璃的制备方法包括以下步骤：
63.(1)按照上表3所述的玻璃的组分及其物质的量百分比，计算原料的质量，称取高纯度lipo3、al(po3)3、nd2o3和ag2o粉末状原料；
64.(2)将称量过后的原料混合均匀后，放置于预热至800℃的刚玉坩埚中；
65.(3)并将刚玉坩埚放入硅钼棒电炉进行熔制，熔制温度为1200℃。熔融半小时后通入ccl4、o2混合气体除水1h，然后升温至1300℃进行澄清；
66.(4)澄清过后，降温至熔制温度出炉，将玻璃液浇注在预热至200℃的模具上；
67.(5)待玻璃固化后迅速转移至马弗炉中进行退火，退火工艺为：提前升至玻璃转变温度tg为430℃附近，玻璃转移至马弗炉后先保温3h，然后随马弗炉自动降至室温；
68.(6)将退过火的玻璃后进行切割，加工成20*20*2mm3的玻璃片，分别利用60，40，20μm的金刚砂进行研磨，再利用氧化铈抛光粉进行抛光，然后将抛光后的玻璃片进行超声清理；
69.(7)将超声后的玻璃分别进行不同剂量的辐照。
70.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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。