一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料，所述富氢二维钙钛矿闪烁体为掺杂有金属离子的有机

【技术实现步骤摘要】
一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及中子照相
更具体地，涉及一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]中子射线照相是一种广泛使用的无损检测技术，在航空航天，核工业，材料科学，生物学，农业，电子工业，考古学等等领域中起着重要作用。中子成像主要包括冷中子成像，热中子成像和快中子成像。其中，快中子具有较宽的能量范围和更强的穿透能力，更适合于大型设备的内部结构成像或检测违禁品和放射性核燃料。快中子检测的主要方法是快中子通过弹性散射与氢核相互作用产生反冲质子，然后这些反冲质子产生空穴电子对，从而激发闪烁体发出荧光，从而实现快中子检测和成像。因此，为了实现对快中子的有效检测，检测材料必须富含氢并且具有良好的发光性能。最常用的快中子探测材料主要是闪烁体与聚合物混合的复合材料，例如ZnS(Ag)：PP和ZnS(Cu)：PP。因为仅将聚合物和闪烁体物理混合，所以存在诸如闪烁体在基体中的不均匀分布的问题。目前，尚无可同时吸收快中子并发光的单一化合物的报道。另一个基本缺陷是ZnS:Cu闪烁体的余辉时间长，在快中子快速暴露下会衰减几分钟，这意味着很难在短时间内重复进行快速曝光。缺乏有效的快中子探测材料以及当前闪烁体的局限性是制约快中子成像技术发展的主要障碍。
[0003]迄今为止，对高效快中子检测和成像研究仅限于钙钛矿纳米晶体悬浮液，需要借助富含氢的溶剂来实现快中子吸收，依然无法实现同时检测成像。为了实现快中子成像，必须要制备成固体成像屏以获取图像。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术的一个目的在于提供一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料，该快中子闪烁体材料用于快中子成像领域时，不需要额外添加快中子吸收剂，实现了快中子吸收和发光在单一化合物上的集成，且该材料在不同的快中子能量下有很好的光产额和空间分辨率。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料的制备方法。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料的应用。
[0007]为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0008]一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料，所述富氢二维钙钛矿闪烁体为掺杂有金属离子的有机
‑
无机层状钙钛矿材料；
[0009]其中，所述金属离子选自Mn
2+
、Li
+
、Eu
3+
中的一种或几种；
[0010]所述有机
‑
无机层状钙钛矿材料的通式为(RNH3)2PbX4或L2A
n
‑1M
n
X
3n+1
。
[0011]进一步地，所述(RNH3)2PbX4的结构中，R选自C
x
H
2x+1
、C
m
H
2m
‑1或芳香基团中的一种或几种，其中；
次，干燥后得到晶体粉末。
[0040]进一步地，所述恒温水浴的温度为23
‑
100℃。
[0041]进一步地，所述不良溶剂选自水、甲苯、氯苯、乙醚、乙酸乙酯中的一种或几种。
[0042]进一步地，所述良溶剂选自N
‑
N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。
[0043]为达到上述第三个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0044]如上所述的富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料在快中子探测成像领域中的应用。
[0045]进一步地，所述应用的步骤包括：
[0046]将所述新型快中子成像材料通过成膜法制备成薄膜。
[0047]进一步地，所述薄膜的厚度为10
‑
4000μm，优选为500
‑
1000μm。薄膜太薄的话，在快中子辐照下发光强度比较弱，灵敏度不高，太厚的话会影响分辨率。示例性的，所述薄膜的厚度包括但不限于为800
‑
1000μm、700
‑
1000μm、600
‑
1000μm等。
[0048]进一步地，将所述快中子闪烁体材料制备得到的薄膜作为独立的快中子成像闪烁屏。
[0049]进一步地，所述成膜法包括但不限于压片法、刮刀涂布法、硅树脂封装、聚合物封装中的一种或几种。
[0050]进一步地，所述应用具体包括：
[0051]快中子穿过成像样品后，照射在所述快中子成像闪烁屏上，激发该快中子成像闪烁屏发光；
[0052]采用成像设备捕获产生的光，转化成电流，完成成像。
[0053]进一步地，所述成像设备为CCD相机。
[0054]更进一步地，所述应用包括如下步骤：
[0055]以所述薄膜作为独立的快中子成像闪烁屏；
[0056]将成像样品置于快中子源和闪烁屏之间；
[0057]快中子源激发快中子，快中子穿过成像样品后，携带了样品信息，照射在闪烁屏上激发闪烁屏发光，然后由成像设备捕获产生的闪烁光，转化成电流，完成成像。
[0058]进一步地，所述快中子通过2MeV裂变中子反应堆提供或者14MeV快中子加速器提供。
[0059]本专利技术的有益效果如下：
[0060]本专利技术中提供的快中子闪烁体材料中富氢的长链有机胺离子上的氢原子作为快中子吸收剂吸收快中子，而掺杂的金属离子则作为发光中心，避免了自吸收并改善了光学性能。由其制备的自支撑快中子闪烁体薄膜在不同能量的快中子下具有良好的发光效率和清晰的成像效果，具有良好的空间分辨率。该快中子闪烁体材料实现了将快中子吸收和发光集成在单个化合物上，这为下一代快中子闪烁体材料提供了设计原理，并促进了基于快中子检测的大型设备的无损检测的发展。此外，本专利技术提供的快中子闪烁体材料不仅自身具有很好的成膜性，而且与其他材料复合后仍具有良好的成膜性。成膜多样性在实际应用中显示出巨大潜力。
附图说明
[0061]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0062]图1示出实施例1中Mn
‑
(C
18
H
37
NH3)2PbBr4的扫描电镜图片以及元素Mapping。
[0063]图2示出实施例1中Mn
‑
(C
18
H
37
NH3)2PbBr4自支撑膜实物照片(a)以及扫描电镜图片(b)。
[0064]图3示出实施例1中Mn
‑
(C
18
H
37
NH3)2PbBr4自支撑膜在紫外(a)以及快中子能量束下的照片(b)。
[0065]图4示出实施例1中Mn
‑
(C
18
H
37
NH3)2PbBr4自支撑膜作为独立的成像板分辨率照片(双缝分辨力测试),其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料，其特征在于，所述富氢二维钙钛矿闪烁体为掺杂有金属离子的有机
‑
无机层状钙钛矿材料；其中，所述金属离子选自Mn
2+
、Li
+
、Eu
3+
中的一种或几种；所述有机
‑
无机层状钙钛矿材料的通式为(RNH3)2PbX4或L2A
n
‑1M
n
X
3n+1
。2.根据权利要求1所述的富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料，其特征在于，所述(RNH3)2PbX4的结构中，R选自C
x
H
2x+1
、C
m
H
2m
‑1或芳香基团中的一种或几种，其中；x选自4
‑
18的正整数；m选自4
‑
18的正整数；X选自卤素；优选地，所述芳香基团选自C6H5CH2CH2；优选地，所述X选自Cl、Br、I中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料，其特征在于，所述L2A
n
‑1M
n
X
3n+1
的结构中，L代表具有长碳链的氨基配体，A为甲基铵或质子化的甲脒离子，M为Pb
2+
或Sn
2+
，X选自卤素。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的富氢二维钙钛矿快中子闪烁体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供有机
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙承华，郑金晓，周树云，陈龙，符玉华，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：