金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用。金属有机框架材料复合基质膜包括金属有机框架材料(MOF)和热塑高分子材料，金属有机框架材料中包括可吸收射线的半导体金属中心及与其通过配位键连接的有机配体。本发明专利技术公开了金属有机框架材料复合基质膜的新用途，基于其半导体成像原理及自身柔性，将其作为柔性直接射线探测材料使用，为新一代半导体探测器提供一种全新的设计理念。

【技术实现步骤摘要】
金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用
本专利技术涉及柔性直接射线探测
，尤其涉及一种金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用。
技术介绍
X射线是一种波长极短，能量很大的电磁波。X射线具有比可见光更短的波长，也就意味着X射线光子能量比可见光的光子能量大几万至几十万倍。上述特殊性质赋予X射线除了具有可见光的一般性质外的很多特性。正由于X射线的特性，使其在发现后不久，就在环境监测、医学诊断、工业无损检测、安全检查、核科学与技术、天文观测以及高能物理等领域广泛应用。而对于X射线的探测是所有X射线应用的基础。探测材料则是实现辐射探测的核心内容。目前探测器分为三代：气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器。其中优势最为明显的半导体探测材料是一种直接探测材料，高能射线的照射使得半导体内发生电离激发，带电粒子在半导体内产生了电子-空穴对，电子-空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。这一代探测器弥补了之前两代探测器体积大、灵敏度低、仪器复杂、探测效率低等众多弊端。商用半导体探测器目前发展较为成熟的有硅(Si)探测器、高纯锗(Ge)探测器、碲锌镉(CdZnTe)。但是硅(Si)探测器原子序数低，只用于较低能射线探测；高纯锗(Ge)探测器带隙小，需要冷却，只能在液氮温度工作；碲锌镉(CdZnTe)探测器需要严苛的生长条件和较长周期，使得该类材料成本较高。近几年来，新兴探测器种类主要是钙钛矿探测器，2016年，美国内布拉斯加大学林肯分校黄劲松等人首次报道了厘米级别铅溴甲铵钙钛矿单晶(MAPbBr3)用于X射线探测。该晶体具有超高的迁移率寿命积(1.2×10-2cm2/V)，该工作实现低剂量X射线(0.5μGyair/s)照射下响应，探测灵敏度可达80(μC·Gyair)/cm2，性能可与商用Cd(Zn)Te和非晶Se等探测器达到同等级别。之后很多科研工作者也在钙钛矿领域做出了很多有意义的工作。目前探测材料领域主要对焦点是医学人体X射线成像领域，现有的探测技术主要是以平面型X射线探测技术为主，要得到三维图像要在诊断过程中需要多个角度、多次照射，再进行计算机拟合得到。据报道，在这个诊断过程中人体受到的X射线剂量已经明显提升患者罹患癌症的概率。而柔性X射线探测材料可以通过单次成像就得到多个角度的图像，从而达到3D效果。降低人体受照射剂量，从而达到保护患者的效果。现有的柔性探测的材料多是由有机晶体完成的，有机晶体与柔性基底化学相容性好，能以溶液形式成长、加工，易于制作大面积膜，但是有机晶体最大缺陷是较弱的X射线吸收能力。因此，这类柔性探测材料仅仅能用于一些低能X射线探测，适用范围极小。CN201510023169.3公开了一种可X射线探测的SEBS热塑性弹性体及其制品与生产方法，该SEBS热塑性弹性体制品可在X光检测仪下显影。CN201911001924.2公开了一系列金属有机框架、药物制剂及其在制备药物中的用途。包含光敏剂的金属有机框架需配合能够吸收X射线和/或闪烁光的部分后用于X射线的吸收。因此，解决射线探测器具有的刚性强度大、重量大、不便携、装置复杂的技术问题且开发越来越多可柔性成像的射线探测器材料十分必要。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用，本专利技术公开了金属有机框架材料复合基质膜的新用途，基于其半导体成像原理及自身柔性，将其作为柔性直接射线探测材料使用。本专利技术的第一个目的是公开金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用，金属有机框架材料复合基质膜包括金属有机框架材料(MOF)和热塑高分子材料，金属有机框架材料中包括可吸收射线的半导体金属中心及与其通过配位键连接的有机配体。进一步地，半导体金属中心选自镧系金属、铅、铋或铀元素。优选为铅元素。进一步地，有机配体为价键电荷传输型配体或空间电荷传输型配体。进一步地，有机配体来源于具有以下结构式的化合物中的一种：(氯冉酸)优选地，有机配体来源于氯冉酸。进一步地，热塑高分子材料选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)和聚甲基丙烯甲酯(PMMA)中的一种或几种。优选地，热塑高分子材料为PVDF。本专利技术中，金属有机框架材料中的半导体金属中心为金属有机框架材料复合基质膜提供吸收射线的能力，金属有机框架材料中的有机配体选择电子传输能力较强的配体，提高了其作为柔性直接射线探测材料的灵敏度。热塑高分子材料一方面作为复合基质膜的载体，使MOF分散于其中，另一方面赋予复合基质膜以柔性，实现柔性成像。MOF和热塑高分子材料的配合使用，使得柔性直接射线探测材料能够在弯折贴合的情况下完成高性能直接射线探测。进一步地，金属有机框架材料复合基质膜中，金属有机框架材料和热塑高分子材料的质量比为1-2:1。在该比例下，所制备的复合基质膜的形态和性能综合最优。进一步地，柔性直接射线探测材料用于探测X射线。本专利技术的第二个目的是要求保护一种柔性直接射线探测材料，包括金属有机框架材料复合基质膜，金属有机框架材料复合基质膜包括金属有机框架材料和热塑高分子材料，金属有机框架材料中包括可吸收射线的半导体金属中心及与其通过配位键连接的有机配体。进一步地，半导体金属中心选自镧系金属、铅、铋或铀元素。优选为铅元素。进一步地，有机配体为价键电荷传输型配体或空间电荷传输型配体。优选地，有机配体来源于具有以下结构式的化合物中的一种：(氯冉酸)更优选为氯冉酸。进一步地，热塑高分子材料选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)和聚甲基丙烯甲酯(PMMA)中的一种或几种。优选地，热塑高分子材料为PVDF。进一步地，金属有机框架材料复合基质膜中，金属有机框架材料和热塑高分子材料的质量比为1-2:1。在该比例下，所制备的复合基质膜的形态和性能综合最优。进一步地，本专利技术中金属有机框架材料复合基质膜的制备方法包括以下步骤：(1)利用无机半导体金属盐与有机配体在溶剂中发生水热反应，得到MOF晶体材料；(2)将MOF晶体材料与热塑高分子材料在有机溶剂中混匀，成膜后干燥，得到金属有机框架材料复合基质膜。本专利技术还要求保护一种柔性直接射线探测器，其包括本专利技术的上述柔性直接射线探测材料。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术公开了金属有机框架材料复合基质膜的新用途，基于其半导体成像原理及自身柔性，将其作为柔性直接射线探测材料使用；基于金属有机框架材料复合基质膜制备柔性半导体探测器，其制备方法简单、成本较低、并且材料的设计空间大、性能提升潜能大，能够克服以往探测器刚性的缺点，为新一代半导体探测器提供一种全新的设计理念。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用，所述金属有机框架材料复合基质膜包括金属有机框架材料和热塑高分子材料，所述金属有机框架材料中包括可吸收射线的半导体金属中心及与其通过配位键连接的有机配体。/n

【技术特征摘要】
1.金属有机框架材料复合基质膜作为柔性直接射线探测材料的应用，所述金属有机框架材料复合基质膜包括金属有机框架材料和热塑高分子材料，所述金属有机框架材料中包括可吸收射线的半导体金属中心及与其通过配位键连接的有机配体。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述半导体金属中心选自镧系金属、铅、铋或铀元素。


3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述有机配体为价键电荷传输型配体或空间电荷传输型配体。


4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述有机配体来源于具有以下结构式的化合物中的一种：





5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述热塑高分子材料选自聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚氧化乙烯和聚甲基丙烯甲酯中的一种或几种。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：王殳凹，梁城瑜，王亚星，程丽葳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32