爆炸危险品的X射线荧光标记技术及其在线光谱识别研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
60979003
项目类别：
联合基金项目
资助金额：
19.0万
负责人：
罗昔贤
依托单位：
大连海事大学
学科分类：
F0123.敏感电子学与传感器
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
彭勇；吴琴；徐书婧；李小亮；
关键词：
光谱识别安全检查爆炸危险品 X射线荧光标记

项目摘要

本项目利用X射线高穿透性特性，X射线发光材料直接标记爆炸危险品为手段，利用其对X射线强烈特异性的吸收，首先实现在线检测爆炸危险品的目的；同时利用X射线发光材料发射波长和发光强度的变化作为标识性判据，即可实现对爆炸危险品的光谱识别。直接利用现有的编码技术和流向信息管理手段，最终便可实现对所检爆炸危险品的示踪和溯源。现行的机场、车站所广泛使用的X射线安全检查仪，都可利用本项目研究成果实现爆炸危险品的无损检测。与现有方法相比，具有高灵敏度、广域性特点，检测不再局限于某几种爆炸危险品。这种在爆炸危险品的原料中实施标记的新原理，即使自制炸药也不会漏检；可克服现有技术和方法对爆炸危险品的检测存在漏检、误检率高，只针对某几类爆炸物，不能溯源等不足之点。本研究涉及物理、化学、材料等诸多学科的交叉，及多项工程技术和信息管理技术的综合利用，具有实际的应用前景，既有重要的研究价值又有一定的科学意义。

结项摘要

将发光材料直接标记爆炸危险品，利用波长和强度的变化为标识性判据，实现对爆炸危险品的光谱识别、示踪和溯源。取得的成果有：1)高效发光材料及制备方法探索。硫化物是一种高效的光致发光和X射线发光材料。稀土硫化物的制备异常困难，国内外很少有稀土硫化物发光方面的研究。采用CS2硫化法制备硫化镧时，首次发现掺入铕可降低生成温度500℃以上，700℃就能得到稳定的γ-La2S3。发明了一种通过热解含Ln-S键的稀土配合物前驱体得到稀土硫化物的新方法。在S+Ar气氛下600℃热解Gd[S2CN(C4H8)]3•phen可得到γ-Gd2S3。在氧和氮气氛下则可得到Gd2O2S。若加入碱金属、碱土金属或其它稀土元素的含硫配合物，则可以得到NaGdS2等复合稀土硫化物。该方法还可以制备In2S3等过渡金属硫化物。2)X射线及NIR激发发光材料光谱特性研究：爆炸危险品的携带者可以是生物体或器具。X射线对大部分器具和人体有很高的穿透性，但对玻璃穿透很弱且对人体有一定损害。同时采用X射线和生物体光谱学之窗的600-1600nm红光或NIR作为激发源。采用水热法合成的ZnS∶Cu，Al纳米X射线发光材料，可得到绿光或白光。980nm和1550nm激发下Y2O2S∶Yb，Er可分别呈现绿红双色上转换发光，且其发光颜色可在很大范围内连续调节。发光光谱有非常丰富的谱线及强弱变化，能够满足示踪和溯源要求。3)发光材料的功能化及与爆炸危险品的固定：通过均相沉淀法得到40-200nm的单分散球形Y2O3∶Yb，Ho。粒径不同发光颜色也不同。将上述Y2O3∶Yb，Ho通过固-气硫化法制备了40nm的球形Y2O2S∶Yb3+，Ho3+。通过Er-Tm-Yb等不同的发光元素的组合，在KY3F10纳米材料中得到白光和其它的发光颜色。将上述纳米粒子通过TEOS或硅酸钠水解包覆一层含羟基的SiO2。而且，还可通过APES和PVP改性，可得到氨基改性核壳结构纳米材料，壳层厚度可通过APES含量来控制。它可以很好地分散在水或酒精中。通过氨基和羟基可采用化学偶合的方法再键合爆炸危险品等有机物，做成X射线/NIR荧光标记，灵敏度可达0.1%。包覆物能够提高发光亮度及发射光谱的绿/红比。4)探测器件结构设计：在探测器的结构设计方面获授权专利4项。已发表检索论文15篇，获授权专利5项，培养研究生7人，超额完成了任务指标。