[發明專利]一種無自吸收納米晶作為閃爍體的應用及其制備方法

在審

• 申請號: 202010114200.5
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111348675A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 張建兵;連霖源;藍新正;張道禮;唐江
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C01G3/00
• 分類號: C01G3/00;B82Y40/00;B82Y20/00;C03C17/22;G01T1/202
• 代理公司: 深圳市溫斯頓專利代理事務所(普通合伙) 44686
• 代理人: 徐員蘭

本發明屬于全無機金屬鹵化物納米晶應用技術領域，公開了一種無自吸收納米晶作為閃爍體的應用及其制備方法，該納米晶的化學通式為Cs₃Cu₂X₅，其中X選自Cl、Br、I。該閃爍體的制備方法是將Cs₃Cu₂X₅納米晶的有機溶液涂到玻璃片上，在空氣中將有機溶劑自然揮發干形成的Cs₃Cu₂X₅納米晶薄膜即可用作閃爍體。本發明通過制備Cs₃Cu₂X₅納米晶薄膜作為閃爍體應用于X射線成像，展現出高效的閃爍性能，同時將Cs₃Cu₂I₅納米晶閃爍體用于X射線成像展現出很高的分辨率高達0.32mm。本發明制備過程簡單，易于實現，成本低，在醫療診斷、國防工業和制造業中具有重要的應用價值和重大前景。同時還能夠解決傳統含鉛鹵素鈣鈦礦納米晶存在的缺陷。

技術領域

本發明屬于全無機金屬鹵化物納米材料應用技術領域，更具體地，涉及一種無自吸收Cs₃Cu₂X₅(X＝Cl、Br、I)納米晶作為閃爍體的應用，Cs₃Cu₂X₅(X＝Cl、Br、I)納米晶薄膜閃爍體的制備及其在X射線成像領域的應用。

背景技術

閃爍體是一類吸收高能粒子或射線后能夠發射可見光的材料，在輻射探測領域發揮著十分重要的作用。在高能射線的照射下，閃爍體發出的可見光經過光電倍增管、光電二極管或雪崩光電二極管等轉變為電學信號，從而對高能粒子或射線進行探測或成像。在醫學上，閃爍體是核醫學影像設備的核心部件，通過它可以快速診斷出人體各器官的病變、腫瘤組織的大小和位置。在行李安檢、無損探傷、放射性探測等領域也發揮著不可替代的作用。同時閃爍體還是制造各類對撞機中電磁量能器的重要材料，它可以捕捉核反應后產生的各種粒子的信息，是人類探索微觀世界及宇宙演變奧秘的重要工具。

傳統的單晶和陶瓷閃爍體，如Tl摻雜的CsI(CsI:Tl)和NaI(NaI:Tl)體相晶體以及硅酸釔镥閃爍晶體(LYSO)，雖然在商業化上得到了廣泛的應用，但是這些閃爍體的制備工藝復雜，通常采用Czochralski提拉法，所需生長溫度高達1700℃，不僅成本高而且制備流程復雜，難以獲得大面積閃爍體，同時由于體相單晶質脆易碎不宜制備柔性閃爍體薄膜，因此不利于X射線成像。近年來，全無機鉛基鹵素鈣鈦礦納米晶閃爍體被用于X射線探測和成像而展現出巨大的應用潛力(Nature 561,88–93(2018)，Adv.Mater.2018,1801743)。作為一種納米晶閃爍體，鈣鈦礦納米晶具有(1)發光效率高，因此有利于獲得較高的光產額；(2)發光波長可調諧，可以使發光波長與探測器的響應曲線相匹配以提高探測靈敏度；(3)能與各種有機聚合物聚合，易于制膜便于X射線成像與探測；(4)低成本溶液工藝，操作簡單，易于制備大面積、柔性閃爍體；(5)納米晶可與嵌入到某些光電探測單元(如有機、鈣鈦礦、量子點探測器等)內部，實現高效的光耦合和光電轉換。因此鈣鈦礦納米晶閃爍體展現出了優良的閃爍性能。

但是，由于鉛基鈣鈦礦納米晶具有很強的自吸收現象，即吸收光譜與發射光譜有很大一部分重疊。自吸收導致納米晶發射的高能光子又被鄰近的納米晶吸收并重新發射光子，這將會降低納米晶閃爍體整體的發光效率。納米晶濃度越大、制備的閃爍體薄膜越厚，自吸收現象就越嚴重，這會嚴重限制薄膜的出光效率。由于X射線成像需要制備厚膜以利于對X射線的充分吸收，但隨著鈣鈦礦納米晶薄膜厚度的逐漸增加，其發射峰會逐漸紅移，這也是自吸收的典型例證。同時由于鉛基鈣鈦礦閃爍體含有毒性元素鉛，會對環境造成污染，并且鉛元素會在人體內累積，從而導致人體中毒。因此鉛元素的存在大大阻礙了鈣鈦礦納米晶閃爍體的商業化前景。

發明內容