用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料，该含硼钙钛矿材料的化学式为(A1)x(A2)1‑x(B1)y(B2)1‑y(X1)z(X2)3‑z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤3，A1、A2均为有机或无机阳离子，B1、B2均为二价金属阳离子，X1为不含硼的有机或无机阴离子，X2为含硼的无机阴离子，且x=0时，y=0。本发明专利技术还另外提供了该含硼钙钛矿材料的制备方法。本发明专利技术用作X/γ射线屏蔽材料，能显著提升载流子迁移率和激子扩散长度，实现对X/γ射线的有效屏蔽；同时，本发明专利技术制备工艺简单、成本低廉，因此，本发明专利技术适于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射屏蔽
，具体涉及的是一种用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿结构材料凭借其可调的禁带宽度、高载流子迁移率、良好的两极电荷传输特性、长激子扩散长度以及简单的制备工艺，使得其在诸如太阳能电池、光屏蔽器等电子器件领域被广泛地研究和应用。而B元素由于吸收截面高、俘获能谱宽且资源丰富价格低，因而核工业普遍采用含B铁基材料作为高能射线屏蔽材料。目前，国内外对含硼钢的制备及屏蔽性能进行了广泛的研究，保证优良热中子屏蔽性同时，兼顾良好机械加工性和低成本。因此，如何将B元素以某种形式均匀的掺杂如入钙钛矿结构材料中，利用钙钛矿的可调的禁带宽度、高载流子迁移率、长激子扩散长度，设计制备出基于含硼的钙钛矿结构的新型复合屏蔽材料，显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料及其制备方法，可以有效的提高MAPbX3的对X/γ射线的辐射屏蔽效果。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料，该钙钛矿材料的化学式为(A1)x(A2)1-x(B1)y(B2)1-y(X1)z(X2)3-z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤3，A1、A2均为有机或无机阳离子，B1、B2均为二价金属阳离子，X1为不含硼的有机或无机阴离子，X2为含硼的无机阴离子，且x=0时，y=0。作为优选，所述A1和A2均为环氧树脂、甲胺、甲脒、锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡中的任意一种。作为优选，所述B1和B2均为铅、锡、铜、锗中的任意一种。作为优选，所述X1为I、Br、Cl、PF6、SCN中的任意一种，X2为BF4。基于上述材料，本专利技术还提供了该含硼钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在氩气气氛下，将甲胺的乙醇溶液与氟硼酸的水溶液按体积比为1∶1.6的比例于0℃以下的温度下混合均匀，并于50℃以上的温度下蒸发溶剂，得到氟硼酸甲胺粉末；（2）将福硼酸甲胺粉末与碘化铅按质量比为0.012∶0.604的比例一起溶解在有机溶剂中，得到含硼钙矿材料的前驱体溶液；（3）将前驱体溶液于80～120℃的温度下干燥2～15h，得到钙钛矿材料。作为优选，所述步骤（2）中，所述油机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、氯仿、乙烯二醇、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、二苄醚、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。作为优选，所述步骤（3）中，对前驱体溶液采用真空或氮气保护气氛的方式进行干燥。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术以ABX3钙钛矿结构为基体，利用含硼的有机或者无机掺杂剂进行掺杂制备得到含硼钙钛矿材料（化学式为：(A1)x(A2)1-x(B1)y(B2)1-y(X1)z(X2)3-z），本专利技术通过合理的制备工艺设计，通过将硼化物作为吸收体掺入钙钛矿结构的MAPbI3分子中，利用硼化物较小的离子半径，提高其环境中稳定性，抑制MAPbI3在含水氧气氛中的分解，同时可以有效提高MAPbX3的对X/γ射线的辐射屏蔽效果。并且，本专利技术还可以利用硼化物的吸收特性，提高复合材料的综合屏蔽性能。（2）本专利技术原料及设备成本低廉、原料来源广泛，制备方便，可以全溶液加工处理，因此，本专利技术具有广泛的应用前景。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。本专利技术提供了一种含硼钙钛矿材料，可用作X/γ射线屏蔽材料，其化学式为(A1)x(A2)1-x(B1)y(B2)1-y(X1)z(X2)3-z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤3，A1、A2均为有机或无机阳离子（例如环氧树脂、甲胺、甲脒、锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶或钡），B1、B2均为二价金属阳离子（例如铅、锡、铜或锗），X1为不含硼的有机或无机阴离子（例如为I、Br、Cl、PF6或SCN），X2为含硼的无机阴离子（例如BF4），且x=0时，y=0。本专利技术所述的含硼钙钛矿材料的制备过程如下：（1）在氩气气氛下，将甲胺的乙醇溶液与氟硼酸的水溶液于0℃以下的温度下混合均匀，并于50℃以上的温度下蒸发溶剂，得到氟硼酸甲胺粉末；（2）将氟硼酸甲胺粉末与碘化铅一起溶解在有机溶剂中，得到钙钛矿材料的前驱体溶液；（3）将前驱体溶液于80～120℃的温度下干燥2～15h，得到钙钛矿材料。下面以列举一实例对本专利技术进行阐述。含硼钙钛矿基材料中，A为CH3NH3+，B1为Pb2+，X1为I-，X2为BF4-，且x=1，y=1，z=2.9，对应的含硼钙钛矿基材料的化学式为CH3NH3PbI2.9(BF4)0.1，该材料制备的具体实施步骤如下：（1）在氩气气氛下，取10ml甲胺的乙醇溶液(8wt%)，使之与16ml氟硼酸的水溶液(48wt%)在0℃下混合均匀，在50℃下蒸发溶剂，得到氟硼酸甲胺粉末；（2）取0.461g的PbI2，0.143g的CH3NH3I和0.012g的CH3NH3BF4，一起溶解在DMF（二甲基甲酰胺）中，得到含硼钙钛矿材料的前驱体溶液；（3）取步骤（2）所得的前驱体溶液，80℃干燥2h，得到含硼钙钛矿材料。材料屏蔽性能的测试方法：将制备得到的含硼钙钛矿材料作为主体，与环氧树脂和聚酰亚胺高分子基体分别采用常压敞开式浇注工艺和模压成型工艺制备5mm厚的含硼矿物/高分子复合材料。测试其对医用60～250kVp医用X射线和125I源的γ射线的屏蔽性能。改变前驱体成分，其它条件不变的前提下，得到的(A1)x(A2)1-x(B1)y(B2)1-y(X1)z(X2)3-z屏蔽性能如下表1所示。表1不同前驱体成分得到的(A1)x(A2)1-x(B1)y(B2)1-y(X1)z(X2)3-z的探测结果从表1可以看出，改变(A1)x(A2)1-x(B1)y(B2)1-y(X1)z(X2)3-z的成分，会直接影响其对X/γ射线的屏蔽效率。特别是相对于不含硼的钙钛矿材料CH3NH3PbI3，掺杂入含硼化合物后，复合材料对X/γ射线的屏蔽效率就会显著提升，这可能是由于B的吸收截面高、俘获能谱宽的原因。特别的，当用部分Sn替代Pb以后，材料在保持对X/γ射线较高屏蔽效率的同时，其本身的稳定性也有一定提高。本专利技术通过合理的原料选用和比例设计，并利用含硼有机或者无机掺杂剂进行掺杂，制备出了含硼钙钛矿材料，该种含硼钙钛矿材料既能对X/γ射线进行高效屏蔽，又具有很好的稳定性。因此，与现有技术相比，本专利技术技术进步十分明显，其具有突出的实质性特点和显著的进步。上述实施例仅为本专利技术的优选实施方式之一，不应当用于限制本专利技术的保护范围，凡在本专利技术的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本专利技术一致的，均应当包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料，其特征在于，所述的钙钛矿材料的化学式为(A1)x(A2)1‑x(B1)y(B2)1‑y(X1)z(X2)3‑z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤3，A1、A2均为有机或无机阳离子，B1、B2均为二价金属阳离子，X1为不含硼的有机或无机阴离子，X2为含硼的无机阴离子，且x=0时，y=0。

【技术特征摘要】
1.用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料，其特征在于，所述的钙钛矿材料的化学式为(A1)x(A2)1-x(B1)y(B2)1-y(X1)z(X2)3-z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤3，A1、A2均为有机或无机阳离子，B1、B2均为二价金属阳离子，X1为不含硼的有机或无机阴离子，X2为含硼的无机阴离子，且x=0时，y=0。2.根据权利要求1所述的用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料，其特征在于，所述A1和A2均为环氧树脂、甲胺、甲脒、锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡中的任意一种。3.根据权利要求2所述的用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料，其特征在于，所述B1和B2均为铅、锡、铜、锗中的任意一种。4.根据权利要求3所述的用作射线屏蔽材料的含硼钙钛矿材料，其特征在于，所述X1为I、Br、Cl、PF6、SCN中的任意一种，X2为BF4。5.权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓冲，杨盼，杨丽军，郝亚伟，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51