[發明專利]一種Li+

在審

• 申請號: 202110741539.2
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113529168A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 魏欽華;向鵬;秦來順
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/02;G01T1/202
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種Li⁺摻雜的零維鈣鈦礦結構金屬鹵化物閃爍晶體及其制備方法與應用，所述閃爍晶體的化學式為Cs_3?xCu₂I₅:xLi，其中x的取值范圍為0.003≤x≤0.3。將CuI粉體、CsI粉體和LiI粉體在惰性氣氛下以摩爾比為2：(3?x)：x進行配料，充分混合后作為原料粉體通過自發成核坩堝下降法生長所述Cs_3?xCu₂I₅:xLi零維鈣鈦礦結構金屬鹵化物閃爍晶體。晶體激發后可發射350?550 nm的寬帶藍光，且強度遠高于原純組分晶體。由于Li⁺的存在，其應用范圍由原有的X/伽馬射線探測進一步拓展至中子探測領域。

技術領域

本發明涉及人工閃爍晶體技術領域，特別是涉及一種Li⁺摻雜的零維鈣鈦礦結構金屬鹵化物閃爍晶體及其制備方法與應用。

背景技術

閃爍體是一類吸收高能射線或粒子后能夠發光的材料，其中閃爍晶體的綜合性能最優，作為輻射探測器的關鍵核心材料，已廣泛應用于醫學影像、國土安全、高能物理等領域。為滿足高性能能譜及成像探測器對靈敏度和置信度的要求，開發新型高光輸出、高能量分辨率的閃爍晶體材料一直是輻射探測領域的前沿研究方向。此前，鉛鹵鈣鈦礦因射線吸收系數高、缺陷態密度低、帶隙連續可調、載流子遷移率/壽命乘積大等優點而備受關注。然而鉛元素本身的毒性和生物富集性問題無法忽視，且鉛鹵鈣鈦礦往往存在不穩定性和自吸收現象。近年來，低維鈣鈦礦結構金屬鹵化物材料出現在人們的視線中，因具有限域激子發光、大斯托克斯位移和高熒光量子效率等特性，擁有無自吸收和高發光效率等優點，被認為是潛在的高性能閃爍材料。最近，基于Cu（I）體系的相關研究進展迅速。典型的，1D鈣鈦礦結構的 Rb₂CuBr₃在X射線輻射下擁有超過90000 ph/MeV的閃爍產量，堪比市面尖端的商用閃爍體，但Rb⁺的存在引入了閃爍體中避之不及的放射性背景。使用無自然放射性的Cs⁺替代Rb⁺，具有更低的零維結構、同樣由自陷激子（STE）發光的Cs₃Cu₂I₅相較而言，更具實際應用前景。

Cs₃Cu₂I₅的單晶具有150 nm左右的斯托克斯位移，避免了自吸收損失；發射峰中心位于445 nm附近，與商用的光電倍增管適配，利于器件集成；有效原子序數高達52.2、密度在4.5 g/cm³上下，對應較大的射線吸收系數；余輝信號在X射線截止后10 ms內下降4個數量級，遠優于商用CsI：Tl；X射線檢測極限約100 nGyair/s，低于醫學診斷要求數十倍；137Csγ射線輻射下的主衰減時間在1 μs左右，同比其它低維鈣鈦礦短得多，同時，得益于在輻射能量范圍內的低非比例性，662 keV時的能量分辨率高達3.4%。并且，在摻入合適濃度的TI⁺后，原先純組分接近70%的光致發光效率（PLQY）進一步提升近10個百分點；X射線激發下的穩態閃爍產率由32000 ph/MeV躍升至150000 ph/MeV，接近理論極限；662 keV時的絕對光產率為87000 ph/MeV，已與最尖端的γ射線探測器例如LaBr₃：Ce，Sr和SrI₂：Eu相媲美。然而，盡管Tl⁺的引入使得Cs₃Cu₂I₅單晶的閃爍性能獲得大幅提升，鉈元素本身的劇毒性質卻也帶來了相當大的安全隱患。因此，亟待尋找一種在滿足高光輸出需求的同時不會造成環境和健康危害的金屬摻雜離子。

發明內容