一种钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法，具体为一种有机相升温结晶生长PEA2‑

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿闪烁体X射线探测
，具体涉及一种钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法。

技术介绍

[0002]闪烁体吸收高能(千电子伏级)X射线光子并将吸收的能量转化为低能可见光子的能力对辐射暴露监测、安全检查、X射线天文学和医学放射照相术的应用至关重要。然而，传统的全无机闪烁体存在一些缺点。例如，CsI:Tl和Lu
0.8
Y
1.2
SiO5:Ce(LYSO)单晶需要在1700℃以上及真空中生长，所需设备昂贵，系统复杂；Gd2O2S:Tb(GOS)粉末比较便宜，但其长的衰减时间(～1ms)会在X射线动态成像中带来缓慢的响应和重影效应。此外，这些传统的闪烁体由于在辐照下的跃迁能量是确定的，因此无法显示可调谐的闪烁响应。因此，X射线探测和成像仍然需要具有低制造成本和可调发射的快速响应闪烁体。
[0003]近年来，二维或低维结构钙钛矿半导体闪烁体由于其低成本、可调发射、发光率强、快速衰减以及显著的环境和热稳定性等特性而备受关注。二维或低维有机
‑
无机层状钙钛矿型化合物具有多量子阱结构，其中无机层和有机层交替堆积，无机层中形成激子，由于量子限制效应，化合物表现出良好的闪烁性能。这些优点使二维或低维钙钛矿成为卓越的闪烁体，并通过最佳的晶体和合成设计使其极具商业化潜力。但是目前大尺寸单晶闪烁体的生长比较困难，发光性能有待提高，在生物成像、医学影像、国防安检和环境监测等领域的应用很难实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法，以解决现有的单晶闪烁体生长困难，发光性能有待提升的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，将PEAX、A
′
X、PbX2和B
′
X2加入到有机溶剂中，搅拌后得到前驱体溶液；其中PEAX和A
′
X的摩尔比为(2
‑
x):x，0≤x≤1；PbX2和B
′
X2的摩尔比为(1
‑
y):y，0≤y≤0.9，PEAX+A
′
X和PbX2+B
′
X2的摩尔比为2:1；其中，A
′
为Li
+
、Na
+
、Cs
+
、K
+
、Rb
+
、FA
+
或MA
+
，B
′
为Sn
2+
、Sb
2+
、Mn
2+
、Ca
2+
、Ba
2+
、Fe
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
或Mg
2+
，X为单一卤素或混合卤素；
[0008]步骤2，将前驱体溶液至于器皿中，密闭器皿，在10～200℃的范围内，随着温度的升高，逐渐结晶，生成钙钛矿单晶闪烁体。
[0009]本专利技术的进一步改进在于：
[0010]优选的，步骤1中，所述有机溶剂为γ
‑
丁内酯、二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮或N
‑
乙基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。
[0011]优选的，步骤1中，所述前驱体溶液的浓度为0.05～4mol/L。
[0012]优选的，步骤1中，搅拌温度为10～100℃。
[0013]优选的，步骤2中，将前驱体溶液至于器皿中前，通过滤芯对前驱体溶液进行过滤。
[0014]优选的，步骤2中，所述滤芯的孔径为0.01～1.55微米。
[0015]优选的，步骤2中，结晶过程中的升温速率为0.1～10℃/小时。
[0016]优选的，步骤2中，单晶生长过程中，器皿不震动。
[0017]一种通过上述任意一项制备方法制得的钙钛矿单晶闪烁体，所述钙钛矿单晶闪烁体的化学结构式为：PEA2‑
x
A
′
x
Pb1‑
y
B
′
y
X4，0≤x≤1，0≤y≤0.9。
[0018]优选的，所述钙钛矿单晶闪烁体为层状结构。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术公开了一种钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，具体为一种有机相升温结晶生长PEA2‑
x
A
x
Pb1‑
y
B
y
X4单晶的方法，该方法通过直接将反应原料加入到溶剂中，随着环境温度的升高，单晶开始从溶剂中析出生长，生长出单晶薄片。整个制备过程可操控性好、晶体生长速度快且得到的晶体质量比较高，通过控制不同离子来组成来调节发射波长，可以表现出明亮的紫色、蓝色、绿色和红色等发光，此外，通过阳离子的掺杂可以优化单晶的发光效率，可以为解决目前存在的问题提供帮助。
[0021]进一步的，本专利技术限定的有机溶剂一方面能够将所有的原料充分的溶解，使其在搅拌过程中充分的混匀搅拌，同时还能够随着环境温度的升高，单晶薄片逐渐析出。
[0022]进一步的，对混合溶液的搅拌温度有一定的要求，保证所有的反应原料能够充分的反应。
[0023]进一步的，在前驱体溶液进行结晶前，对前驱体溶液进行过滤，过滤掉前驱体溶液中未溶解的物质及其他杂质，提高前驱体溶液析出的单晶的纯度。
[0024]进一步的，限定了结晶过程中的升温速率，使得单晶结晶过程能够缓慢进行，长出单晶薄片。
[0025]进一步的，单晶生长过程中，需要在安静的环境中生长，防止生长出的单晶薄片因为振动发生破碎。
[0026]本专利技术还公开了一种钙钛矿单晶闪烁体，该钙钛矿单晶闪烁体通过在有机相中升温结晶法生长的二维或低维PEA2‑
x
A
′
x
Pb1‑
y
B
′
y
X4钙钛矿单晶，作为闪烁体材料，X射线吸收系数高，具有优异的X射线发光性能，控制不同离子来组成来调节发射波长，可以表现出明亮的紫色、蓝色、绿色和红色等发光，可直接用于X射线探测和成像，辐射照射监测、安全检查和医学成像等领域，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0027]图1是在升温结晶法生长二维或低维PEA2‑
x
A
′
x
Pb1‑
y
B
′
y
X4钙钛矿单晶的流程图。
[0028]图2是实施例制备的二维(PEA)2PbI4钙钛矿单晶图及365nm激发下的发光图。
[0029]图3是实施例制备的二维(P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将PEAX、A
′
X、PbX2和B
′
X2加入到有机溶剂中，搅拌后得到前驱体溶液；其中PEAX和A
′
X的摩尔比为(2
‑
x):x，0≤x≤1；PbX2和B
′
X2的摩尔比为(1
‑
y):y，0≤y≤0.9，PEAX+A
′
X和PbX2+B
′
X2的摩尔比为2:1；其中，A
′
为Li
+
、Na
+
、Cs
+
、K
+
、Rb
+
、FA
+
或MA
+
，B
′
为Sn
2+
、Sb
2+
、Mn
2+
、Ca
2+
、Ba
2+
、Fe
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
或Mg
2+
，X为单一卤素或混合卤素；步骤2，将前驱体溶液至于器皿中，密闭器皿，在10～200℃的范围内，随着温度的升高，逐渐结晶，生成钙钛矿单晶闪烁体。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘渝城，贾彬霞，储德朋，刘生忠，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：