卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用及其制备方法技术

本发明专利技术属于晶体材料应用技术领域，公开了卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用及其制备方法，其中的应用是将卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用，该卤化物钙钛矿材料的化学式为PEA2PbBr

【技术实现步骤摘要】
卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用及其制备方法


[0001]本专利技术属于晶体材料应用
，更具体地，涉及一种卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用及其制备方法，该PEA2PbBr
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Cl
(4-x)
材料能够用于X射线和γ射线探测等辐射探测。

技术介绍

[0002]辐射探测是指将高能射线(X射线，γ射线)转化为可探测的可见光或者是电信号，从而对高能射线进行分析的一种技术。目前现有的高能射线探测技术分为闪烁体间接探测技术和半导体直接探测技术。其中闪烁体探测技术是利用高能射线激发闪烁体辐射复合发光的过程，从而将高能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。相较于半导体直接探测技术，闪烁体具有响应速度快等优势。
[0003]理想的闪烁体材料应具有光转换效率高、荧光寿命短、稳定性高等特性。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(Bi4Ge3O
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)、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；ZnWO4和BGO的光输出能力差，信号转换能力弱；CsI(Tl)的余晖较长。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。
[0004]在现有技术的闪烁体中，在钙钛矿量子点材料为例，钙钛矿量子点材料无法制备大尺寸单晶，不能充分吸收高能的γ射线，且自吸收较强，无法做到高光产额和短寿命，实现较高的时间分辨。
[0005]另一方面，正电子发射型计算机断层显像(PET)是指在生物体内标记一些短寿命的放射性核素，核素在衰变过程中释放出正电子，一个正电子在行进十分之几毫米到几毫米后遇到一个电子后发生湮灭，从而产生方向相反(180度)的一对能量为511KeV的光子(based on pair production)。这对光子，通过高灵敏度、快速的闪烁体探测得到两个光子的抵达时间差确定放射性核素在生物体内的位置。因此亟待寻找一种高灵敏度、快速的闪烁体有利于提高PET的空间分辨率和成像质量。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用及其制备方法，其中通过对钙钛矿材料的组成、结构进行改进，采用特定组成的卤化物钙钛矿材料PEA2PbBr
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作为闪烁体应用于高能射线探测，利用卤素钙钛矿优异的发光性质，可以将高能射线高效转化成可探测的可见光信号，同时发光寿命短，从而可用于PET和CT等高能射线成像中。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用，其特征在于，该卤化物钙钛矿材料的化学式为PEA2PbBr
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(4-x)
，其中，
PEA代表苯乙胺，x为满足4≥x≥0的任意实数；所述高能射线的能量>1keV。
[0008]作为本专利技术的进一步优选，所述x满足4≥x≥3.5。
[0009]作为本专利技术的进一步优选，所述高能射线为X射线或γ射线。
[0010]按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种卤化物钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0011](1)按照化学式PEA2PbBr
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Cl
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的名义化学剂量比将卤化苯乙胺和卤化铅作为溶质溶解到二甲亚砜、二甲基甲酰胺或y-丁内酯中，充分搅拌形成溶质整体浓度为0.3-3mmol/ml的前驱体溶液；
[0012]所述化学式PEA2PbBr
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Cl
(4-x)
中，PEA代表苯乙胺，x为满足4≥x≥0的任意实数；
[0013]所述卤化苯乙胺选自溴化苯乙胺、氯化苯乙胺，所述卤化铅选自溴化铅、氯化铅；
[0014](2)将所述步骤(1)得到的所述前驱体溶液进行降温处理或蒸发溶剂处理或反溶剂法处理以实现晶体生长，从而得到卤化物钙钛矿材料PEA2PbBr
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的晶体。
[0015]作为本专利技术的进一步优选，所述制备方法还包括步骤：
[0016](3)将所述步骤(2)得到的所述晶体进行表面清洗，接着再进行表面钝化处理，最后进行干燥，从而得到干燥晶体。
[0017]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述表面清洗是用异丙醇进行表面清洗；所述表面钝化处理是用三苯基氧膦进行表面钝化处理；所述干燥是通过室温真空干燥的方式进行干燥；
[0018]得到的所述干燥晶体能够应用于高能射线探测。
[0019]作为本专利技术的进一步优选，所述x满足4≥x≥3.5。
[0020]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述反溶剂为甲苯、二氯甲烷中的一种。
[0021]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，利用二维卤素钙钛矿PEA2PbBr
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作为闪烁体(其中，PEA代表苯乙胺，x的值为4≥x≥0)，能够用于探测高能射线。在X射线，γ射线激发下，PEA2PbBr
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材料有高的光产额和快的衰减，闪烁体性能优异，可用于正电子发射断层摄影术(PET)，X射线计算机断层扫描(CT)等医学领域和其他高能射线探测成像
，如安检，无损检测等。
[0022]在该PEA2PbBr
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Cl
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材料中，尤其可通过Br与Cl的杂化，进一步提高发光效率。相较于未杂化的PEA2PbBr4材料，Cl混合可进一步提高发光效率，并且利用其光产额高、短寿命的特点，尤其可应用于PET等。
[0023]具体说来，本专利技术能够取得以下有益效果：
[0024](1)制备方法简单，只需通过溶液法即可制备出单晶。例如，本专利技术可通过反溶剂法反应、清洗、表面处理等步骤，实现PEA2PbBr
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晶体材料的合成。PEA2PbBr
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晶体是种二维材料，其横向尺寸要大于纵向尺寸。本专利技术中的卤化物钙钛矿材料，由于含有有机组分苯乙胺，材料没有固定的熔点，高温条件下容易发生分解反应，所以不适合采用提拉法；本专利技术通过对前驱体溶液降温处理以改变浓度析晶，或缓慢蒸发溶剂以增大浓度析晶，或直接进行反溶剂法生长，均能够有效生长得到PEA2PbBr
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(4-x)
晶体，制备方法简单。
[0025](2)PEA2P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卤化物钙钛矿材料在高能射线探测中的应用，其特征在于，该卤化物钙钛矿材料的化学式为PEA2PbBr
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Cl
(4-x)
，其中，PEA代表苯乙胺，x为满足4≥x≥0的任意实数；所述高能射线的能量>1keV。2.如权利要求1所述应用，其特征在于，所述x满足4≥x≥3.5。3.如权利要求1所述应用，其特征在于，所述高能射线为X射线或γ射线。4.一种卤化物钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照化学式PEA2PbBr
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Cl
(4-x)
的名义化学剂量比将卤化苯乙胺和卤化铅作为溶质溶解到二甲亚砜、二甲基甲酰胺或y-丁内酯中，充分搅拌形成溶质整体浓度为0.3-3mmol/ml的前驱体溶液；所述化学式PEA2PbBr
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(4-x)
中，PEA代表苯乙胺，x为满足4≥x≥0的任意实数；所述卤化...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛广达，唐江，潘伟程，夏梦玲，罗家俊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：