光激发光剂量检测晶体制备方法

摘要

一种光激发光剂量检测晶体制备方法，该方法是先将氧化铝（Al

说明书

技术领域

本发明有关于一种光激发光剂量检测晶体制备方法，尤指涉及一种光激发光剂学，特别是指以碳包覆氧化铝结构经过真空扩散与大气退火后，使氧化铝晶体产生氧空缺（Oxygen Vacancy）缺陷的检测晶体（C:Al₂O₃）结构的制备方法。

背景技术

材料的热激发光（Thermoluminescence, TL）与光激发光（Optically Stimulated Luminescence, OSL）特性，广泛应用于辐射剂量学（Radiation Dosimetry），作为环境与个人辐射剂量之的测定。其中热激发光是指材料在吸收辐射能之后的热释光，而光激发光是指材料在吸收辐射能之后的光释光。光激发光与热激发光相比，光激发光剂量计使用过程中不用加热，可以有效避免发光中心之热淬灭，具有灵敏度高，使用相对简单的优点。然而，光激发光剂量学因为缺少有对辐射敏感、光激发光效率高、有效原子数较小、及光衰退性能好之的发光材料，因此长期没有得到重视与发展。

蓝宝石（Al₂O₃）晶体具有优良的热激发旋光性能，目前Al₂O₃晶体的生长方法常使用的包括提拉法（Czochralski, Cz）与泡生法（Kyropoulos, KY）两种，其中KY法仅能生长纯的Al₂O₃晶体，但纯的Al₂O₃晶体对射线的热激发光灵敏度很低。为了改善Al₂O₃晶体的热激发旋光性能，于20世纪90年代，Landauer公司的M.S. Akselrod研究小组采用Cz法在有石墨存在的强还原气氛条件下，生长得到α-Al₂O₃:C晶体（M. S. Akselrod et. al. Highly sensitive thermoluminescent anion-defective 0t-Al2O3: C single crystal detectors, Radiation Protection Dosimetry, 1990， 32: 15-20)。经过一系列的研究表明，α-Al₂O₃:C晶体具有灵敏度高；热激发光峰单一且温度适中；背底与剂量阈值低；线性剂量响应范围宽；热激发光与光激发旋光性能衰减速度慢；低剂量下重复使用性能好；对辐射敏感；及光激发光效率高等诸多优点。因此α-Al₂O₃:C晶体是极具应用潜力的热激发光与光激发光材料。然而，目前α-Al₂O₃:C晶体的生长与剂量计的制造主要被美国Landauer公司所垄断，该公司研制生产的α-Al₂O₃:C热激发光与光激发光剂量计已经在欧美广泛使用，普遍应用于环境与个人剂量监测，但其采用Cz法长晶过程复杂，而导致碳在Al₂O₃晶体中分布不均匀，难以获得品质均一的α-Al₂O₃:C晶体；同时，晶体生长工艺还需要昂贵的设备、生产周期长且成本高。国内关于α-Al₂O₃:C晶体生长以及α-Al₂O₃:C剂量计的研制则有杨新波等人于文献（杨新波等人.硅酸盐学报,2008, 36(5)：678-682.；杨新波等人.无机材料学报,2009, 24(2)：255-258.）中提出采用导模法（Edge-defined Film-fed Growth, EFG）生长蓝宝石晶体，其过程中使用石墨加热体，导致生长得到的蓝宝石晶体表面附着有碳与碳化物，晶体质量较差。故，一般无法符合使用者于实际使用时所需。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服已知技术所遭遇的上述问题，并提供一种可简易制得碳分布均匀的光激发光剂量检测晶体（C:Al₂O₃）的制备方法。

本发明的次要目的在于，提供一种具有光激发光剂量响应灵敏度高，且线性剂量响应范围宽等特性的检测晶体（C:Al₂O₃）结构。

为达以上目的，本发明所用的技术方案是：一种光激发光剂量检测晶体制备方法，该方法至少包含下列步骤：

（A）于一氧化铝（Al₂O₃）外面涂覆一层碳膜，以碳将氧化铝包覆形成碳包覆氧化铝结构；其中，碳膜选自石墨碳材、碳粉、碳纸或人造石墨粉中的一种或几种。

（B）将该碳包覆氧化铝结构置于一高温炉中，在抽真空无氧环境下，以1500℃-1900℃的加热处理进行扩散程序，使碳原子扩散进入氧化铝晶格内；其中，加热处理时间为10min-2hr。

（C）在大气下的开放式高温炉中，以1400℃-1800℃的加热处理进行退火程序，使氧化铝内部晶格氧与碳原子反应而形成氧空缺缺陷，以制成检测晶体C:Al₂O₃结构；其中，加热处理时间为10min-2hr。

如此，可简易制得碳分布均匀的检测晶体（C:Al₂O₃）结构，具有光激发光剂量响应灵敏度高，且线性剂量响应范围宽的特性。

附图说明

图1是本发明的制备流程示意图。

标号说明：

步骤（A）碳包覆氧化铝11      步骤（B）加热扩散12

步骤（C）加热退火13。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明的制备流程示意图。如图所示：本发明为一种光激发光剂量检测晶体制备方法，其至少包含下列步骤：

（A）碳包覆氧化铝步骤11：于一氧化铝（Al₂O₃）外面涂覆一层碳膜（Carbon Film），以碳将氧化铝包覆形成碳包覆氧化铝结构，其中该碳膜选自石墨碳材、碳粉（C2 powder）、碳纸（C-paper）、或人造石墨粉中的一种或几种组合；

（B）加热扩散步骤12：将该碳包覆氧化铝结构置于一高温炉中，在抽真空无氧环境下进行扩散程序（Diffusion Process），以1500℃-1900℃加热处理10min-2hr，使碳原子扩散进入氧化铝晶格内；以及

（C）加热退火步骤13：接着在大气下的开放式高温炉中进行退火程序（Annealing Process），以1400℃-1800℃加热处理10min-2hr，使氧化铝内部晶格氧与碳原子反应而形成氧空缺（Oxygen Vacancy）缺陷，以制成检测晶体（C:Al₂O₃）结构。

如是，藉由上述揭露的流程构成一全新的光激发光剂量检测晶体制备方法。

藉此，本发明所提的光激发光剂量检测晶体制备方法，是先将氧化铝以碳包覆起来，在真空下经过扩散后，使碳原子扩散进入氧化铝晶格内，再于大气下进行退火，使氧与碳原子反应，透过C+O转换成CO，或C+O₂转换成CO₂，使氧化铝晶体产生氧空缺（Oxygen Vacancy）缺陷，而可简易制得碳分布均匀的检测晶体（C:Al₂O₃）结构，具有光激发光剂量响应灵敏度高，且线性剂量响应范围宽的特性。

综上所述，本发明为一种光激发光剂量检测晶体制备方法，可有效改善现有技术的种种缺点，是先将氧化铝以碳包覆起来，在真空下经过扩散后，使碳原子扩散进入氧化铝晶格内，再于大气下进行退火，使氧化铝晶格内的氧与碳原子反应而形成氧空缺（Oxygen Vacancy）缺陷，以制成检测晶体（C:Al₂O₃）结构，进而使本发明的产生能更进步、更实用、更符合使用者所须，确已符合发明专利申请的要件，依法提出专利申请。

惟以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围。故，凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。