阅读说明：本技术 高计数率多气隙电阻板室探测器的制备方法 (Preparation method of high-counting-rate multi-air-gap resistance plate chamber detector ) 是由 周意 王旭 孙勇杰 尚伦霖 张广安 鲁志斌 刘建北 张志永 邵明 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本公开提供一种高计数率多气隙电阻板室探测器的制备方法,包括：步骤S1：对玻璃样品进行预处理；步骤S2：在预处理后的玻璃样品表面及孔内制备DLC阻性薄膜,完成DLC阻性玻璃的制备；以及步骤S3：基于DLC阻性玻璃制备多气隙电阻板室结构,进而完成高计数率多气隙电阻板室探测器的制备。所述制备方法制备的多气隙电阻板室探测器可以使电荷不再穿过玻璃进行中和,而是沿等效电阻相对较低的DLC表面以较快的速度进行中和,使得探测器计数率能力得到有效提高。(The invention provides a preparation method of a high-counting-rate multi-air-gap resistance plate chamber detector, which comprises the following steps: step S1: pretreating a glass sample; step S2: preparing DLC resistive films on the surface and in the holes of the pretreated glass sample to finish the preparation of the DLC resistive glass; and step S3: a multi-air-gap resistance plate chamber structure is prepared based on DLC resistive glass, and then the preparation of a high-counting-rate multi-air-gap resistance plate chamber detector is completed. The multi-air-gap resistance plate chamber detector prepared by the preparation method can ensure that charges can not pass through glass for neutralization any more, but can be neutralized at a higher speed along the DLC surface with relatively low equivalent resistance, so that the counting rate capability of the detector is effectively improved.)

具体实施方式

本公开提供了一种高计数率多气隙电阻板室探测器的制备方法，通过机械打孔或激光打孔技术在普通玻璃上打出小的通孔，然后通过磁控溅射法在普通玻璃的表面和孔内沉积具有面电阻率比玻璃低几个量级的类金刚石碳基薄膜(Diamond-like Carbon，DLC)，改变玻璃表面的电学特性，使用本公开提供的玻璃做为探测器内部的玻璃电极，可以使电荷不再穿过玻璃进行中和，而是沿等效电阻相对较低的DLC表面以较快的速度进行中和，使得探测器计数率能力得到有效提高。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种高计数率多气隙电阻板室探测器的制备方法，结合图3至图7所示，所述制备方法，包括：

步骤S1：对玻璃样品进行预处理；

步骤S1包括：

子步骤S11：玻璃样品打多个通孔；

使用普通的浮法玻璃，玻璃厚度为0.4mm～0.6mm，在玻璃样品上通过机械钻孔或激光打孔的方式打出直径为0.2mm～0.25mm的通孔，相邻孔之间的距离为3cm～10cm。

在本公开实施例中，玻璃的尺寸为12cm×20cm，厚度为0.4mm，使用激光打孔技术，在玻璃表面打出2×4共8个直径为0.2mm的通孔，孔间距为4cm。示意图如图4所示

子步骤S12：对打孔后的玻璃样品进行清洁处理。

使用丙酮超声清洗打完孔的玻璃样品，然后使用酒精清洁后保持玻璃样品表面干燥洁净。

在本公开实施例中，将打完孔的玻璃放入无水丙酮中，超声清洗10分钟，取出后在无水乙醇中超声清洗5分钟，取出后使用蘸了无水乙醇的无尘布擦干样品表面，保持玻璃表面干燥洁净。

步骤S2：在预处理后的玻璃样品表面及孔内制备DLC阻性薄膜，完成DLC阻性玻璃的制备；

在预处理后的玻璃基材上下表面沉积面电阻率合适的DLC阻性薄膜并在孔内镀上DLC阻性薄膜，连接上下表面的DLC阻性薄膜。且能够通过改变磁控溅射沉积过程中的工艺参数来调整类金刚石碳基薄膜的面电阻率。

在本公开实施例中，DLC阻性薄膜面电阻率范围为1GΩ/□～200GΩ/□。

在本公开实施例中，DLC阻性薄膜厚度范围为30nm～120nm。

所述步骤S2包括：

子步骤S21：高纯石墨靶材表面溅射清洗；

开启真空泵，对镀膜腔体进行抽真空，待真空度低于5×10^-5mbar时，启动编辑好的洗靶程序开始对靶材表面进行溅射清洗。其中设置偏压为1V～200V，溅射功率设为4kW～7kW，在腔室中通入流量为100sccm～200sccm的高纯氩气，对高纯石墨靶材表面溅射清洗20分钟～40分钟。

在本公开实施例中，对Hauzer850设备的高纯石墨靶材表面溅射清洗，对镀膜腔体进行抽真空，待真空度低于5×10^-5mbar，运行编辑好的洗靶程序开始对靶材表面进行溅射清洗，其中设置偏压为50V，溅射功率设为4kW，在腔室中通入流量为200sccm的高纯氩气，对高纯石墨靶材表面溅射清洗20分钟。

子步骤S22：在玻璃表面溅射沉积DLC薄膜；

将预处理完毕的玻璃样品的一面使用一块相同尺寸的玻璃(充当挡板)进行遮挡，保证只在没有遮挡的一面沉积上DLC薄膜，使用装夹工具将两块玻璃固定在样品转架上，并放入真空腔室中，调整位置，使得玻璃样品置于石墨靶材的中间部位。

在本公开实施例中，打开腔体，安装玻璃样品，包括：将干净干燥的打孔玻璃样品与一块具有相同尺寸的玻璃叠放在一起，使用鳄鱼夹将其固定在样品转架上，打孔玻璃样品的一面朝外，将样品转架放入真空腔室中，调整位置，使得玻璃样品置于石墨靶材的中间位置。Hauzer850设备以及样品安放位置如图5所示。

关好腔体，启动真空泵系统，抽真空的同时，加热玻璃样品到150℃～300℃，等腔体真空抽至5×10^-5mbar以下时，开始溅射镀膜。镀膜过程中，保持通入流量为100sccm～200sccm的高纯氩气和2sccm～20sccm的高纯乙炔气体，样品转架转速为1转/分钟～3转/分钟，样品偏压为1V～200V，溅射功率为4kW～7kW，溅射沉积时间为10min～20min。最终在玻璃样品的一面沉积DLC阻性薄膜以及在通孔里沉积了DLC薄膜。

在本公开实施例中，设置温度为300℃，等腔体真空抽至5×10^-5mbar且温度达到300℃时，开始溅射镀膜。镀膜过程，保持通入流量为200sccm的高纯氩气和20sccm的高纯乙炔气体，样品转架转速为3转/分钟，样品偏压为50V，溅射功率为4kW，溅射沉积时间为10分钟。

子步骤S23：取样后重新装样；

保持真空泵持续运行，腔体自然降温，待温度从150℃～300℃降低到70℃以下，打开腔体，取出沉积了DLC阻性薄膜的玻璃样品，然后翻转玻璃样品，将没有镀膜的另一面朝外，已经沉积DLC薄膜的一面被充当挡板的玻璃挡住。重新将样品装夹在样品转架上，保持位于石墨靶材的正中央位置。

在本公开实施例中，关闭电源系统，保持真空泵继续运行，腔体自然降温，待温度从300℃降低到70℃以下。

子步骤S24：在玻璃样品的另一面沉积DLC阻性薄膜；

与子步骤S22一样，在玻璃样品的表面和通孔里沉积了DLC阻性薄膜。最终，在玻璃样品的两面都沉积上一定面电阻率的DLC阻性薄膜，玻璃样品的通孔也镀上DLC阻性薄膜，上下表面的DLC阻性薄膜通过孔内的DLC膜连接起来。

在本公开实施例中，与子步骤S23一样，完成镀膜后，保持真空泵继续运行，腔体自然降温，待温度从300℃降低到70℃以下，打开腔体，取出玻璃样品，镀膜后玻璃样品的示意图如图6所示。

子步骤S25：进行取样与测试；

保持真空泵持续运行，腔体自然降温，待温度从150℃～300℃降低到70℃以下，打开腔体，取出完成镀膜的DLC阻性玻璃样品，使用面电阻仪器测量玻璃上的DLC阻性薄膜的面电阻率为100GΩ/□，使用高阻表测量玻璃样品的上下表面的DLC膜之间的电阻，电阻值约为300GΩ。使用二维轮廓仪测量DLC阻性薄膜的厚度为30nm。

步骤S3：基于DLC阻性玻璃制备多气隙电阻板室结构，进而完成高计数率多气隙电阻板室探测器的制备；

所述步骤S3，包括：

子步骤S31：对探测器制作所需材料进行预处理；

对所有材料进行清洁干燥处理：蜂窝板、印刷线路板、尼龙线(直径范围为0.23mm～0.3mm，尼龙线的直径要大于玻璃上孔的直径)、绝缘膜(厚度范围为0.75mm～1.5mm)、双面镀了DLC薄膜的DLC阻性玻璃、单面喷涂了石墨层的玻璃电极、尼龙螺丝等。

在本公开实施例中，使用镀膜完成的玻璃样品制备六个气隙的高计数率MRPC探测器，对材料进行清洁干燥处理，包括：2块蜂窝板、2块印刷线路板、直径为0.23mm的尼龙线、厚度为1.25mm的绝缘Mylar膜、5块镀了DLC阻性薄膜的DLC阻性玻璃，2块单面喷涂了石墨层的玻璃电极、尼龙螺丝、双面胶等。

子步骤S32：制备底部印刷线路板结构和底部玻璃电极结构；

所述子步骤S32，包括：

子步骤S321：在底部印刷线路板的两边设置尼龙螺丝，并在线路板外表面粘贴蜂窝板；将贴过双面胶的蜂窝板粘在底部印刷线路板的外表面，底部印刷线路板的内表面是电极和读出条等电路走线，用钢砖压12小时后，将16个尼龙螺丝分别安装在底部印刷线路板的左右两侧(长边一侧)，尼龙螺丝起到固定尼龙线的作用，螺帽在底部印刷线路板的外表面，螺柱朝向底部印刷线路板的内表面。

子步骤S322：在底部印刷线路板的内表面设置Mylar膜并露出高压电极，并在高压电极表面设置碳膜后安装玻璃电极形成底部玻璃电极结构；

将Mylar绝缘膜安装在底部印刷线路板的内表面，露出底部印刷线路板上的高压电极，所述绝缘膜厚度范围为0.75mm～1.5mm。剪一块3cm×0.5cm的碳膜，平整的贴在底部印刷线路板上的高压电极上，然后将单面喷涂了石墨层的玻璃电极放置在绝缘膜上，有石墨层的一面向下压在绝缘膜上，同时保证石墨紧密的粘在碳膜上

子步骤S33：在玻璃电极结构上制备多气隙DLC阻性板结构；

所述子步骤S33，包括：

子步骤S331：利用底部印刷线路板两侧的尼龙螺丝在玻璃电极上缠绕尼龙线形成第一层尼龙线网；

在子步骤S32中安装的玻璃电极上方缠绕第一层尼龙线，尼龙线的直径为0.23mm～0.3mm，将尼龙线打结固定在左下角第一个尼龙螺丝上，按照“弓”形路线绕尼龙线，依次绕在后面的尼龙螺丝上，保证尼龙线紧绷在玻璃电极的表面，完成第一层尼龙线绕制。

子步骤S332：在第一层尼龙线网上放置第一块DLC阻性玻璃形成第一个气隙，并使用相同方法依次缠绕多层尼龙线网，放置多块DLC阻性玻璃形成多个气隙，形成多气隙电阻板结构；

在本公开实施例中，在石墨玻璃电极上方缠绕第一层尼龙线，尼龙线的直径为0.23mm，将尼龙线打结固定在左下角第一个尼龙螺丝上，按照“弓”形路线绕尼龙线，依次绕在后面的尼龙螺丝上，保证尼龙线紧绷在玻璃电极的表面，完成第一层尼龙线绕制。在第一层尼龙线上放上第1块DLC阻性玻璃，形成第1个气隙，然后按照同样的方法绕制第2层尼龙线，保证尼龙线正好覆盖住玻璃上的直径为0.2mm的通孔，以及尼龙线紧绷在玻璃样品的表面，完成第2层尼龙线绕制，之后再放置第3块玻璃，并使用同样的方法绕制尼龙线，直至绕完第6层尼龙线，最后将另一块单面喷涂了石墨层的玻璃电极安装在最后一层尼龙线上。

子步骤S34：安装顶部印刷线路板结构和顶部玻璃电极结构，完成高计数率多气隙电阻板室探测器的制备；

安装顶部印刷线路板，与子步骤S32类似，将蜂窝板使用双面胶粘在顶部印刷线路板的外表面，然后在顶部印刷线路板的内表面安装绝缘膜和碳膜，之后将此部分扣在最后一块玻璃电极上，使用重物压24小时，将48个钢针穿过顶部和底部印刷线路板的焊盘，并使用焊枪将钢针焊接，使得整个探测器的气隙结构稳定。

移掉重物，在印刷线路板上焊接信号接头、高压线、地线，对所有焊点涂抹硅胶，完成装配，装入密封气盒，完成高计数率多气隙电阻板室探测器的制作。完成制作的探测器的示意图如图7示。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开高计数率多气隙电阻板室探测器的制备方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种高计数率多气隙电阻板室探测器的制备方法，通过机械打孔或者激光打孔，在玻璃上打出一定数量的孔，然后又使用磁控溅射技术在玻璃的正反两面和孔内镀上面电阻率合适的DLC阻性薄膜，玻璃正反两面的DLC薄膜通过孔内DLC膜以及玻璃四周边缘上的DLC膜连接起来，接着使用这些玻璃制成MRPC探测器。这种工作模式下，MRPC探测器能够保持足够高增益且稳定工作的同时，有效提高探测器的计数率能力，且更具有如下的优点：

本公开提供的在玻璃表面沉积一层具有合适面电阻率的DLC阻性薄膜的方法，相比于之前电荷穿过玻璃中和电荷的方式，其能够快速的中和探测器工作过程中产生的电荷，提高探测器的计数率能力。

本公开提供的在玻璃上打出小孔，并在孔内沉积DLC阻性薄膜，减少电荷中和过程所需要运动的路径，进一步提高电荷中和的速度，提高探测器的计数率能力。

本公开提供的在普通玻璃上打孔和沉积DLC阻性薄膜的方法，相比于低阻玻璃，能够更加容易的通过调节镀膜参数改变玻璃上沉积的DLC阻性薄膜的电阻率，使得本公开提出的高计数率MRPC探测器能更加灵活的适应多种需求。

本公开提供的在普通玻璃上激光打孔和沉积DLC阻性薄膜的方法，相比于特种玻璃，本公开使用的普通浮法玻璃工艺简单，成本低廉，避免玻璃的后续打磨，降低现有的高计数率MRPC探测器的制作难度与成本。

本公开能提供的高计数率MRPC探测器制作方法能够有效的拓展MRPC探测器在高能物理实验中的应用范围，为MRPC探测器在不同实验环境下的应用提供技术支持。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。