核壳结构卤素钙钛矿X射线闪烁体及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种核壳结构卤素钙钛矿X射线闪烁体及其制备方法。所述的闪烁体为CsPbBr

Core-shell structure X-ray scintillator of halogen perovskite and its preparation method

The invention discloses a core-shell structure halogen perovskite X-ray scintillator and a preparation method thereof. The scintillator is csppbbr

【技术实现步骤摘要】
核壳结构卤素钙钛矿X射线闪烁体及其制备方法
本专利技术涉及一种X射线探测闪烁体材料，特别是涉及一种核壳结构钙钛矿闪烁体的X射线闪烁体材料及其制备方法，属于纳米材料应用

技术介绍
X射线是一种高能电磁波。其波长很短（0.01Å~100Å），因此具有很强的穿透能力，尤其是组成元素中轻元素含量较高、密度不太大的物质。X射线在众多重大领域都有及其重要的应用，包括军事领域、医疗领域和民用领域。X射线探测技术指的是将X射线转化成可探测的光信号或者是电信号，从而对X射线进行定量或者定性的分析的一种技术。目前已有的X射线探测技术可以分为气体探测技术、闪烁体探测技术和半导体探测技术。其中闪烁体探测技术是利用X射线激发闪烁体中的辐射复合过程，从而将X射线转化成可见至红外波段的光。闪烁体材料指的是在包括X射线在内的高能射线的作用下会发出荧光的材料。通过将闪烁体与可见光探测器阵列结合可以实现X射线成像，与光电倍增管相结合可以实现X射线的定量分析。理想的闪烁体材料应具有平均原子序数大、密度大、光转换效率高、余晖短等特性。现在常用的X射线闪烁体主要包括NaI:Tl（Tl元素掺杂的NaI晶体）、ZnWO4、BGO（Bi4Ge3O12）、CsI（Tl）、CdWO4等。这些闪烁体或多或少有一些不足之处，其中NaI:Tl余晖很长，且易潮解不利于储存，密度小不利于X射线的吸收；ZnWO4和BGO的光输出能力差，信号转换能力弱；CsI（Tl）的余晖较长；CdWO4中的Cd是剧毒元素。此外，这些闪烁晶体的制备大多采用Czochralski提拉法，所需温度超过1700℃，不仅成本高且操作难度大。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种用于探测X射线的核壳结构卤素钙钛矿闪烁体及其制备方法。利用核壳结构卤素钙钛矿优异的光学性质，可以将高能X射线转化成可探测的可见光信号，从而实现X射线的成像与定量分析技术。实现本专利技术目的的技术解决方案为：用于探测X射线的核壳结构卤素钙钛矿闪烁体，所述的闪烁体为CsPbBr3@Cs4PbBr6。用于探测X射线的核壳结构卤素钙钛矿闪烁体的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将溴化铯和溴化铅溶解在二甲基亚砜或者二甲基甲酰胺中，形成浓度为0.2mol/ml的前驱体溶液；步骤二：将所述前驱体溶液置于反溶剂中，加热至一定温度，搅拌充分反应；步骤三：反应结束之后，将生成的沉淀产物离心提取，后用反溶剂进行清洗，重复离心-清洗多次，直到完全去除二甲基亚砜或者二甲基甲酰胺，然后将产物进行低温真空干燥，获得最终产物。优选地，步骤一中，溴化铯与溴化铅的摩尔比例为2:1~10:1。优选地，步骤二和步骤三中，反溶剂采用对溴化铅和溴化铯溶解度很小的溶剂，包括正己烷、甲苯、乙醇、异丙醇等中的任意一种。优选地，步骤二中，反溶剂与前驱体溶液的体积比不小于2:1。优选地，步骤二中，加热至60~400℃，搅拌充分反应。优选地，步骤二中，充分反应的时间不小于5min。与现有技术相比，本专利技术的优点是：（1）制备手段便捷快速，能在低温下和开放环境中完成所有制备过程，且能批量生产；（2）CsPbBr3@Cs4PbBr6闪烁体性能优异，尤其是具有极快的光衰减速度，有利于减小X射线曝光周期，提高成像质量。附图说明图1为实施例1制备的核壳结构卤素钙钛矿的扫描电镜图片。图2为实施例1制备的核壳结构卤素钙钛矿的荧光光谱和吸收光谱。图3为实施例1制备的核壳结构卤素钙钛矿的XRD图谱。图4为实施例1制备的核壳结构卤素钙钛矿在不同强度X射线激发下的荧光光谱。图5为核壳结构卤素钙钛矿用于X射线成像的装置图。图6为X射线目标样品，即含有内含弹簧的胶囊。图7为利用核壳结构卤素钙钛矿对含弹簧胶囊进行X射线成像的结果图。图8为实施例1制备的核壳结构卤素钙钛矿的瞬态辐射荧光光谱。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。本专利技术采用的核壳结构卤素钙钛矿含有重金属元素铅，铅是稳定元素中质量仅次于铋的重金属元素，因此能够有效地对X射线信号进行拦截收集。同时，核壳结构卤素钙钛矿优异的发光性能也是因为铅的存在，铅的电子结构直接决定了核壳结构卤素钙钛矿优异的光学性能。这里所说的核壳结构卤素钙钛矿实际上指的是CsPbBr3@Cs4PbBr6的材料，真正具有荧光效应的是内部的CsPbBr3纳米晶。CsPbBr3钙钛矿纳米晶内嵌在Cs4PbBr6块体中。Cs4PbBr6不具有荧光效应，且对CsPbBr3纳米晶所发的荧光光学透明。相比于其他的闪烁体，核壳结构卤素钙钛矿不需要制备成晶体形态，粉末形态即展现出非常优异的光学性质。粉末形态的核壳结构卤素钙钛矿制备工艺非常简便，在低温（<120℃）和开放环境中即可进行制备，且对原料的纯度要求低，原料价格便宜，荧光效率可以达到80%以上。实施例1步骤1，将4.2562（20mmol）克的溴化铯铅与1.83505（5mmol）克的溴化铅（物质的量之比为4:1）溶解到100ml的二甲基亚砜中，充分搅拌溶解。步骤2，将上述100ml前驱体全部加入甲苯中，甲苯的体积为400ml。此时会析出白色沉淀。加热至120℃，充分搅拌反应2h，在此过程中白色沉淀会逐渐转变成绿色沉淀。步骤3，将上述沉淀产物通过离心的方式提取，在转速为6000rpm的条件下离心1min。离心之后将上清液倒掉，然后用甲苯清洗该沉淀产物。该离心-清洗操作重复若干次，以充分除去二甲基亚砜。步骤4，将上述离心清洗获得的产物在室温下进行真空干燥，直至完全去除甲苯，获得干燥粉末样品为止。所获得的核壳结构卤素钙钛矿在紫外光源激发下展现出很强绿色荧光。扫描电镜显示的形貌如图1所示，斜四棱柱的形貌和CsPbBr3@Cs4PbBr6的晶胞形状吻合，说明该方法制备的产物结晶性良好。其相应的荧光光谱和吸收光谱如图2所示。图3是其XRD图，可以看到所获得的产物是纯相产物，并没有其他的杂质出现。步骤5，将上述核壳结构卤素钙钛矿产物作为闪烁体材料集成到X射线成像装置中，对含有弹簧的胶囊进行成像探测。图4是核壳结构卤素钙钛矿闪烁体子在不同X射线强度下的荧光光谱，可以看出，在不同的X射线激发强度下，相应的荧光前度也会发声变化，这是利用核壳结构卤素钙钛矿闪烁体对X射线进行空间成像的基础。将卤素钙钛矿闪烁体集成到图5所示的装置中，对目标样品进行X射线成像探测，图6是样品照片，样品为内含金属弹簧的胶囊，可以获得肉眼不能见的样品内部结构，如图7所示，从而实现X射线的成像探测。CsPbBr3@Cs4PbBr6对脉冲X射线的辐射荧光衰减表征如图8所示，结果显示衰减时间为3ns（即辐射荧光强度衰减至1/e所需的时间），这种超快的衰减速度是获得高质量成像图片的关键。实施例2本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是使用的溶剂由二甲基亚砜改成二甲基甲酰胺，所获得的产物与X-射线探本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于探测X射线的卤素钙钛矿闪烁体，其特征在于，所述的闪烁体为CsPbBr

【技术特征摘要】
1.用于探测X射线的卤素钙钛矿闪烁体，其特征在于，所述的闪烁体为CsPbBr3@Cs4PbBr6，具有核壳结构。


2.如权利要求1所述的闪烁体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将溴化铯和溴化铅溶解在二甲基亚砜或者二甲基甲酰胺中，形成浓度为0.2mol/ml的前驱体溶液；
步骤二：将所述前驱体溶液置于反溶剂中，加热至一定温度，搅拌充分反应；
步骤三：反应结束之后，将生成的沉淀产物离心提取，用反溶剂进行清洗，重复离心、清洗多次，直到完全去除二甲基亚砜或者二甲基甲酰胺，然后将产物进行低温真空干燥，获得最终产物。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓宝，余德见，曾海波，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32