[發明專利]基于鈣鈦礦納米晶的γ射線閃爍轉換屏的制備方法

有效

• 申請號: 202110447448.8
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113325462B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 張志軍;楊珩;李乾利;李慧慧
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01T1/202
• 分類號: G01T1/202;C01G21/00;C30B7/14;C30B28/04;C30B29/12;G21K4/00;B82Y30/00;B82Y40/00;B05D7/24;B05D1/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 任葦

本發明公開了一種基于鈣鈦礦納米晶的全可見光譜、快速γ射線閃爍轉換屏及其制備方法，首次解決了鈣鈦礦納米晶體不能探測γ射線和傳統閃爍體發光波長不可調節的問題。鈣鈦礦納米晶為CsPbX₃(Cl,Br,I)，選用基底為BaF₂單晶閃爍體，公開了一種CsPbX₃NCs@BaF₂閃爍轉換屏的新結構。CsPbX₃NCs@BaF₂閃爍轉換屏對γ射線具有非常有效的響應，在¹³⁷Csγ射線源激發下的光產額為6300光子/MeV，γ射線衰減時間約為11ns，是實現快時間分辨率和全可見光譜γ射線探測的理想閃爍材料。本發明還將作為基底的閃爍體擴展到CeF₃、LuAlO₃:Ce(LuAP:Ce)、YAlO₃:Ce(YAP:Ce)或ZnO:Ga等，它們結合鈣鈦礦材料，同樣可以實現全色發射和高效γ射線探測。

技術領域

本發明涉及高能物理和輻射探測技術領域，更具體地說，它涉及一種基于鈣鈦礦納米晶的γ射線閃爍轉換屏的制備方法及其閃爍轉換屏。

背景技術

由于閃爍體材料具有高密度和重原子序數，它們對高能粒子或射線(例如α粒子，β射線，X射線和γ射線)具有很強的截止能力，在醫學成像，安全檢查和高能粒子檢測等領域發揮著重要作用。但是，商用閃爍體(例如Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)，PbWO₄，BaF₂，CsI:Tl和YAlO₃:Ce(YAP：Ce)等)具有固定的發光波長，并且大部分在紫外波段，通常的光電倍增管(PMT)對紫外波段的發光探測效率較低，因此一些特定的閃爍體的輻射發光通常需要特定的PMT進行探測。此外，隨著大規模科學設施和實驗的發展，例如極端物質輻射相互作用(MaRIE)，慣性約束聚變(ICF)和Mu2eMu3e實驗等，當探索一些超快的物理事件時，對閃爍體提出了快時間分辨率的要求。開發具有合適發射波長和快時間分辨率的新型閃爍體顯得尤為迫切。

近年來，由于鈣鈦礦材料的制備成本低、發光波長可調、光產額高、衰減時間快、靈敏度高、檢測限低和對X射線截止能力強，已被用作X射線檢測和成像的新型閃爍材料。然而，CsPbX₃單晶在室溫下的光產率極低(低于1000光子/MeV)，限制了其商業應用。與此相反，CsPbX₃納米晶通過量子限制效應表現出了較高的光產額。此外，與CsPbX₃單晶相比，CsPbX₃納米晶具有發光波長更易調節、衰減更快、成本更低等優點。但是，鈣鈦礦納米晶由于密度小而無法檢測到能量更高的γ射線。因此，為了解決傳統閃爍體發光波長固定、鈣鈦礦納米晶閃爍體無法檢測γ射線的問題，本研究領域亟待研究一種能夠具備發光波長可調、閃爍衰減時間快、可探測γ射線的綜合性能優異的閃爍體。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于鈣鈦礦納米晶的γ射線閃爍轉換屏的制備方法，全可見光譜、快時間分辨率、可探測γ射線的鈣鈦礦納米晶閃爍轉換屏(CsPbX₃NCs@BaF₂)的制備方法,首次解決了鈣鈦礦納米晶體不能探測γ射線的問題。由于BaF₂對γ射線具有顯著的截止和探測能力，而CsPbX₃納米晶體已被證明能夠實現全可見光譜發射，從而實現全可見光譜γ射線探測。綜合傳統閃爍體探測γ射線和鈣鈦礦納米晶發光波長可調的優勢，可以將高能γ射線轉化成波長可調節的可見光，從而被多種型號的PMT探測，也為制備高效的γ射線探測及全可見光譜閃爍體提供一種解決方案和新思路。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

基于鈣鈦礦納米晶的γ射線閃爍轉換屏的制備方法，包括以下步驟：用可探測γ射線、輻射發光為紫外光的單晶閃爍體作為基底，然后將CsPbX₃(X＝Cl,Br,I)納米晶旋涂在單晶閃爍體表面，形成γ射線閃爍轉換屏。