新型塑料闪烁体和移波剂的制备及其性能研究

摘要

随着科技的不断发展，高能粒子和核辐射的探测工作中，对于闪烁探测器的要求越来越高，需要制备不同性能优势的新型塑料闪烁体以满足不同领域和不同应用场所的探测需求。本论文深入探究了塑料闪烁体的性能与各组分之间的关系，创新性的使用光固化快速成型技术在短时间内成功制备了新型光固化塑料闪烁体并对各组分的配比和制备工艺进行了探讨，最后合成了最大发射波长为450nm的新型移波剂并将其应用到塑料闪烁体中。
　　以聚苯乙烯作为基质，分别加入不同类型的第一闪烁物质(PPO、p-TP、b-PBD)和移波剂(POPOP、Bis-MSB、Me-MSB、DPA)，用AIBN引发热聚合反应制备出一系列的塑料闪烁体。通过性能的测试，确定聚苯乙烯基质的塑料闪烁体中PPO和POPOP是匹配性最好的第一闪烁物质和移波剂，之后探究了PPO、POPOP和AIBN的浓度对塑料闪烁体性能的影响。最终结果表明，随着PPO和POPOP浓度的不断增大，塑料闪烁体的荧光强度和光产额先升高后降低；增大AIBN的浓度会使塑料闪烁体性能变差；当PPO浓度为2％，POPOP浓度为0.02%，AIBN浓度为0.1%时，以聚苯乙烯基质的塑料闪烁体可以拥有最好的性能，它的相对光产额为蒽晶体的74.3%。
　　在苯乙烯、621A-80和 TPGDA的溶液中加入第一闪烁物质 PPO、移波剂POPOP和光引发剂184，紫外光的照射下发生光聚合反应直接固化成型，成功的制备出一种新型的光固化塑料闪烁体。通过改变各组分的配比及改善制备工艺，最后确定了使光固化塑料闪烁体性能最佳的条件：苯乙烯、621A-80和TPGDA的质量比为3:7:3，光引发剂184、PPO和POPOP浓度分别为3%、2%、0.02%，固化时间为110s。经测试，所制备的光固化塑料闪烁体最大发射波长为420nm，与常规光电倍增管匹配性较好；相对光产额为蒽晶体的7.1%；衰减时间较快，衰减时间常数为2.58ns。
　　为了使塑料闪烁体具有更大的发射波长，以POPOP和Bis-MSB的分子式为基础，设计了一种新型移波剂，并使用2-甲基苯并恶唑和对苯二甲醛进行合成。产物提纯后测试核磁共振氢谱和红外光谱，经过分析确定产物的分子结构式与理论设计的分子结构式是相同的。新型移波剂最大吸收波长为375nm，最大发射波长为446nm，熔点为337.73°C。使用苯乙烯作为塑料基质，PPO浓度为2%，新型移波剂浓度为0.02%，引发剂AIBN为0.1%，制备了新型的塑料闪烁体。它拥有较大的最大发射波长为450nm；相对光产额较高，相对蒽晶体为60.3%；衰减时间非常快，其衰减时间常数为2.54ns。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 闪烁体概述

1.1.1 闪烁体的分类

1.1.2 闪烁体的发光机理

1.1.3 闪烁体的重要性能参数

1.1.4 闪烁探测器

1.1.5 闪烁体的应用

1.2 塑料闪烁体简介

1.2.1 塑料闪烁体的组成

1.2.2 塑料闪烁体的制备方法

1.2.3 塑料闪烁体的特点

1.2.4 影响塑料闪烁体性能的因素

1.3 光固化快速成型技术与塑料闪烁体

1.3.1 光固化快速成型概述

1.3.2 光敏树脂的组成

1.3.3 光固化塑料闪烁体

1.4 论文的研究背景和研究内容

1.4.1 研究背景

1.4.2 研究内容

第二章 塑料闪烁体性能与各组分关系的探究

2.1 实验

2.1.1 实验原料与试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验内容

2.1.4 测试与表征

2.2 结果与讨论

2.2.1 不同塑料基质的塑料闪烁体

2.2.2 引发剂对性能的影响

2.2.3 第一闪烁物质对性能的影响

2.2.4 移波剂对性能的影响

2.3 本章小结

第三章 光固化塑料闪烁体的制备及性能研究

3.1 实验

3.1.1 实验原料与试剂

3.1.2 实验仪器

3.1.3 实验内容

3.1.4 测试与表征

3.2 结果与讨论

3.2.1 光敏树脂的配比

3.2.2 光引发剂浓度对性能影响

3.2.3 固化时间对性能影响

3.2.4 光固化塑料闪烁体性能的测试

3.3 本章小结

第四章 新型移波剂的合成及应用

4.1 实验部分

4.1.1 实验原料与试剂

4.1.2 实验仪器

4.1.3 实验内容

4.1.4 测试与表征

4.2 结果与讨论

4.2.1 核磁共振氢谱

4.2.2 傅里叶变换红外光谱

4.2.3 紫外吸收光谱和荧光光谱

4.2.4 熔融温度

4.2.5 光产额

4.2.6 衰减时间

4.3 本章小结

总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

声明