閃爍體的表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種表面處理方法，特別是涉及一種閃爍體的表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在輻射探測(cè)領(lǐng)域，閃爍體是指與射線或粒子等輻射作用后能夠產(chǎn)生熒光的物質(zhì)。 通俗的講，閃爍體功能就是將輻射沉積在其中的能量轉(zhuǎn)換為熒光光子釋放出來(lái)。閃爍探測(cè) 器一般由閃爍體和光電探測(cè)器構(gòu)成，其中閃爍體使得福射沉積的能量轉(zhuǎn)換為焚光光子，光 電探測(cè)器探測(cè)閃爍體熒光并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射的探測(cè)。從光電探測(cè)器輸 出的電信號(hào)中可以獲得輻射場(chǎng)粒子的種類、時(shí)間、能量、位置、動(dòng)量等信息。因此，閃爍探測(cè) 器廣泛應(yīng)用于地面核輻射探測(cè)、空間輻射測(cè)量和粒子物理實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。
[0003] 閃爍探測(cè)器對(duì)許多參數(shù)的測(cè)量精度、探測(cè)效率與探測(cè)器的時(shí)間分辨性能密切相 關(guān)。如飛行時(shí)間-正電子發(fā)射斷層成像（TOF-PET)裝置通過(guò)測(cè)量正電子湮滅產(chǎn)生伽馬光子 對(duì)的到達(dá)時(shí)刻的時(shí)間差確定湮滅發(fā)生位置。TOF-PET探測(cè)器時(shí)間分辨越高，其確定符合事件 時(shí)間窗寬度越小，隨機(jī)事件的偶然符合概率越低，確定湮滅發(fā)生位置的精度和信噪比也就 越高。在中子飛行時(shí)間方法（nTOF)中，通過(guò)測(cè)量中子飛過(guò)一段特定距離的時(shí)間確定中子能 量。中子能量分辨與探測(cè)時(shí)間分辨的均方根正相關(guān)，探測(cè)器時(shí)間分辨越好則測(cè)量結(jié)果的中 子能量分辨越高。又如，短壽命放射性核素研宄中，探測(cè)器的時(shí)間響應(yīng)越快、時(shí)間分辨越高 就越有利于觀察研宄短壽命核素的衰變現(xiàn)象和物理機(jī)理。
[0004] 閃爍探測(cè)器的定時(shí)性能主要取決于閃爍體熒光作用下，單位時(shí)間內(nèi)在光電探測(cè)器 光陰級(jí)上生成光電子的數(shù)量。經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)值上閃爍體的時(shí)間分辨At的 平方正比于閃爍體衰減時(shí)間τ，反比于光電探測(cè)器探測(cè)的光電子數(shù)Νρε，即Δ/ 。 △ t數(shù)值越小，閃爍探測(cè)器的時(shí)間分辨能力越高。因此，降低閃爍體衰減時(shí)間，提高光電探測(cè) 器測(cè)量到的光電子數(shù)量能夠提高閃爍探測(cè)器的時(shí)間分辨能力。
[0005] 通常地，閃爍體衰減時(shí)間主要由激發(fā)態(tài)的退激過(guò)程決定，而光電探測(cè)器探測(cè)的光 電子數(shù)則主要由閃爍體的發(fā)光產(chǎn)額和光電倍增管的光譜響應(yīng)決定。對(duì)于實(shí)際的光電探測(cè)器 這些還受到光子全反射和晶體光子出射角度分布的影響。一方面，閃爍體的折射系數(shù)通常 都大于1。在閃爍體和光電探測(cè)器相連界面上，只有入射角小于界面全反射角的熒光才能順 利進(jìn)入光電探測(cè)器被探測(cè)到，入射角大于全反射角的熒光在界面上被反射回來(lái)在晶體內(nèi)傳 輸和多次反射。這些多次反射作用結(jié)果是：（1)熒光光子在閃爍體中需要傳輸更遠(yuǎn)的光程， 這增加了光電探測(cè)器測(cè)量到熒光光子的時(shí)間彌散；(2)更多的光子與閃爍體作用而被閃爍 體自身吸收，降低了光電探測(cè)器測(cè)量到的光電子數(shù)量。另一方面，輻射沉積能量激發(fā)出的閃 爍體焚光從能量沉積點(diǎn)向4 31空間均勾發(fā)射的，閃爍體發(fā)光時(shí)是一個(gè)體光源。閃爍體與光 電探測(cè)器相連界面上，出射光的在-90°~90°范圍內(nèi)都有分布。大角度出射的熒光到達(dá) 光電探測(cè)器光陰級(jí)的時(shí)間彌散更大，被探測(cè)到的概率更低。
[0006] 光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。與 半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制類似，光子晶體能夠用來(lái)調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的光子。如果 在閃爍體表面制作一層特殊的光子晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)光子晶體的調(diào)制使得閃爍熒光更快更集 中地出射出來(lái)，則可以提高閃爍體時(shí)間分辨能力。文獻(xiàn)1"一種利用表面光子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的高 光提取效率閃爍體"（中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?01410496266. X)中，公開(kāi)了一種形成與閃爍體表 面的聚苯微球陣列光子晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)提高了閃爍體的光提取效率，證實(shí)了光 子晶體對(duì)閃爍熒光的調(diào)制作用。
[0007] 文獻(xiàn) 2 "P. Lecoq，E. Auffray A. Knapitsch. How photonic crystals can improve the timing resoultion of scintillators. IEEE Transcations on Nuclear Science. 2013 ;60 (3)，1653~1657"中，公開(kāi)了一種米用傳統(tǒng)的電子束刻蝕的技術(shù)在閃爍 體表面制作光子晶體的方法。該方法制作的光子晶體結(jié)構(gòu)提高了閃爍體時(shí)間分辨能力。然 而采用傳統(tǒng)電子束刻蝕方法成本很高，且只能用于小面積閃爍體（1~2_ 2的大?。┑奶?理，這限制了該方法的實(shí)際應(yīng)用。
[0008] 另一方面，近年來(lái)出現(xiàn)了許多新的光子晶體微球及微球溶液的制備方法。文獻(xiàn) 3 "一種離子型凝膠光子晶體的制備方法"（中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?01410467443. 1)中，將配 置好的光子晶體陣列懸浮液和聚乙烯醇溶液混合，形成凝膠光子晶體前驅(qū)體溶液，然后將 光子晶體模板浸泡在光子晶體前驅(qū)體溶液中，通過(guò)凝膠聚合制成光子晶體。文獻(xiàn)4 "一 種光子晶體微球、其制備方法及應(yīng)用"（中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?01410391225. 4)中，提供了制 備光子晶體微球的方法，其光子晶體有內(nèi)核和聚合物外殼組成，可用于生物分子檢測(cè)和編 碼。文獻(xiàn)5 "一種顏色可調(diào)的化學(xué)交聯(lián)的光子晶體水凝膠的制備方法"（中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?201410056696. X)中，介紹了一種將兩種單體結(jié)構(gòu)聚合，制成光子晶體水凝膠溶液的方法。 這些專利中，雖然最終都制成了微球或微球陣列，但至今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)利用自組裝微球陣列構(gòu) 成的光子晶體用于閃爍體表面，獲得時(shí)間分辨率提高的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有閃爍體時(shí)間分辨能力差的不足，本發(fā)明提供一種閃爍體的表面處理 方法。該方法將配制好聚苯乙烯微球-乙醇混合溶液滴到經(jīng)過(guò)處理的單晶硅片上，待聚苯 乙烯微球-乙醇混合溶液在單晶硅片上充分展開(kāi)，并使水分完全揮發(fā)，將附著有聚苯乙烯 微球的單晶硅片放入去離子水中，在分子力作用下聚苯乙烯微球自然成六角形排布。利用 待處理的閃爍體將漂浮在去離子水表面的聚苯乙烯微球陣列輕輕撈起，待水分自然蒸發(fā)后 聚苯乙烯微球陣列即附著在閃爍體表面，在閃爍體表面附著的聚苯乙烯微球陣列上制作一 層保護(hù)層，使得保護(hù)層能夠與微球陣列共形。本發(fā)明通過(guò)自組裝方法在閃爍體表面制備聚 苯乙稀微球陣列光子晶體結(jié)構(gòu)，由于聚苯乙稀微球陣列結(jié)構(gòu)光子晶體與閃爍體焚光的f禹合 作用，顯著提高了閃爍體的光輸出，同時(shí)縮短了閃爍體發(fā)光的上升時(shí)間和衰減時(shí)間，提高了 閃爍體的時(shí)間分辨能力。
[0010] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種閃爍體的表面處理方法，其特 點(diǎn)是采用以下步驟：
[0011] 步驟一、取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2~2. 5%、直徑為450~500nm的聚苯乙烯微球溶液和無(wú) 水乙醇，按照體積比1:0. 1~1:1. 〇比例混合形成聚苯乙烯微球-乙醇混合溶液。
[0012] 步驟二、將配制好的聚苯乙烯微球-乙醇混合溶液滴到經(jīng)過(guò)5%的十二烷甲基硫 酸鈉溶液中9~10小時(shí)浸泡后的單晶硅片上，等待聚苯乙烯微球-乙醇溶液在單晶硅片上 充分展開(kāi)，并使水分完全揮發(fā)。
[0013] 步驟三、把附著聚苯乙烯微球的單晶硅片緩慢放入去離子水中，這時(shí)聚苯乙烯微 球漂浮在水面上，并自然形成六角陣列排布。
[0014] 步驟四、將閃爍體輕輕放入水中，利用閃爍體一個(gè)端面將去離子水表面漂浮的聚 苯乙烯微球陣列撈起，待水分自然蒸發(fā)后，閃爍體表面附著的聚苯乙烯微球陣列即形成光 子晶體結(jié)構(gòu)。
[0015] 步驟五、采用原子層沉積，在閃爍體表面附著的聚苯乙烯微球光子晶體上沉積保 護(hù)層，沉積保護(hù)層時(shí)沉積室的溫度為60攝氏度。
[0016] 所述