Mn掺杂Cs2CdCl4闪烁体制造技术

本发明专利技术提供一种Mn掺杂Cs2CdCl4闪烁体。所述Mn掺杂Cs2CdCl4闪烁体以Cs2CO3、CdCl2、MnCl2为原料经溶液法搅拌后再加热制得。本发明专利技术方法制备的Mn掺杂Cs2CdCl4(Cs2CdCl4：Mn)的纯度高，且工艺简单、制备成本低、适于大批量制备生产。适于大批量制备生产。适于大批量制备生产。

【技术实现步骤摘要】
Mn掺杂Cs2CdCl4闪烁体


[0001]本专利技术涉及闪烁体材料，尤其涉及一种Mn掺杂Cs2CdCl4闪烁体及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]闪烁体是一种能将高能射线(X射线)转换为可见光子的材料，其作为间接探测器的核心，直接决定着探测和成像效果，从而被广泛应用于医疗健康，安防安检，工业检测等领域。目前，传统的商业闪烁体材料并不完美，存在以下问题：1)高温高压的制备条件所带来的昂贵成本；2)光子产额的不足；3)无法满足人们日益增长的柔性需求。
[0003]近年来，全无机铅基钙钛矿纳米晶材料展现出十分优异的光电性质。由于其具有工艺简单，成本低廉，发射波长可调谐等优点，被研究人员广泛的研究。同时，作为闪烁体，其也在X射线成像和探测领域展现了巨大的应用潜力(Nat.Commun.2019,10,1066；Matter 2021,4,144)。但全无机铅基钙钛矿纳米晶不可忽视的自吸收以及较差的稳定性是阻碍其进一步发展的重要原因。低维锰基和锰掺杂卤化物具有较高光致发光量子产额(PLQY)和光子产额，弱自吸收，高稳定性等优势，有望成为商业高性能闪烁体。例如TPP2MnBr4(Adv.Mater.2022,34,2110420)和BA2PbBr4:Mn(Adv.Mater.2022,34,2110420)，其均具有极高的光子产额和和化学稳定性。然而，对于高性能的低维锰基和锰掺杂卤化物闪烁体，其均为有机
‑
无机杂化化合物，在全无机领域，并未发现具有十分优异性能的闪烁材料。
[0004]全无机镉基Ruddlesden
‑
Popper(RP)相氯化物Cs2CdCl4作为二维结构材料的一员，具有较强的应用潜力。掺杂是调节主体材料光电性质的有效方法，但是，无论是高温法合成Sb
3+
或Tl
+
掺杂Cs2CdCl4闪烁体单晶(Sens.Mater.2018,30,1565)还是热注入法合成Sb
3+
掺杂Cs2CdCl4纳米晶(ACS Nano 2021,15,17729)，均表现出差的闪烁性能和低的发光效率。目前，简便合成Cs2CdCl4粉体以及相应的锰掺杂材料还未有过报导。
[0005]因此，有必要发现和开发具有低廉价格，简单制备工艺，高稳定性，高PLQY(光致发光量子产额)和优异辐致发光性能的新型锰基或锰掺杂闪烁体，以满足人们日益增长的X射线成像与检测需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种Mn掺杂Cs2CdCl4(粉体)及其制备方法与应用，该方法制备的Mn掺杂Cs2CdCl4(Cs2CdCl4：Mn)的纯度高，且工艺简单、制备成本低、适于大批量制备生产。
[0007]具体地，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种Mn掺杂Cs2CdCl4的制备方法，包括：以Cs2CO3、CdCl2和MnCl2为原料经溶液法在加热条件下制备。
[0009]根据本专利技术实施例，Cs2CO3、CdCl2和MnCl2的质量比为0.326:(1
‑
x)
×
0.228:x
×
0.126，0＜x＜1。在一些具体实例，x为0.025，0.05，0.075，0.1，0.125，0.15，0.175或0.2。
[0010]根据本专利技术实施例，Cs2CO3、CdCl2和MnCl2的摩尔比为1:(1
‑
y):y，0＜y＜1。在一些
具体实例，y为0.025，0.05，0.075，0.1，0.125，0.15，0.175或0.2。
[0011]根据本专利技术实施例，所用溶剂为盐酸和N,N二甲基甲酰胺(DMF)，可选地，二者体积比为1:1。
[0012]根据本专利技术实施例，Cs2CO3与所述溶剂的比例为0.326g:(6
‑
10)mL，例如0.326g:6mL。
[0013]根据本专利技术实施例，所述加热的温度为80
‑
100℃，例如100℃。
[0014]根据本专利技术实施例，所述加热的时间为20
‑
30分钟，例如20分钟。
[0015]根据本专利技术实施例，在所述加热前还包括将以Cs2CO3、CdCl2和MnCl2在所述溶剂中充分搅拌的步骤；可选地，所述搅拌的时间为20
‑
30分钟，例如20分钟。
[0016]根据本专利技术实施例，所述方法还包括在反应完成后，将反应产物用乙醇洗涤的步骤。
[0017]根据本专利技术实施例，所述方法还包括在用乙醇洗涤后进行干燥的步骤。
[0018]根据本专利技术实施例，所述方法还包括在干燥后进行研磨的步骤，通常可研磨成粉。
[0019]在一些具体实例，所述Mn掺杂Cs2CdCl4的制备方法包括：将0.326g Cs2CO3，(1
‑
x)
×
0.228g CdCl2·
2.5H2O，x
×
0.126g MnCl2，0＜x＜1，加入到25mL规格的玻璃烧杯中，然后放入磁性搅拌子，向烧杯中先加入3mL的盐酸，再向其加入3mL的N,N二甲基甲酰胺(DMF)。将混合物在通风橱内利用磁力搅拌器搅拌20分钟。封好杯口，将烧杯放置在热台上100℃加热20分钟。然后，用吸管吸出液体，用乙醇洗涤沉淀产物，再吸出乙醇，重复三次；将乙醇与产物的悬浊液滴在过滤纸上进行过滤处理。过滤结束后，将产物放置在80℃的烘箱中干燥4小时，取干燥后的产物用玛瑙研钵研磨成粉。
[0020]本专利技术方法采用溶液法制备Cs2CdCl4:Mn闪烁体，可以实现公斤级制备，只需要更换大的容器和按比例加大投料即可实现。
[0021]本专利技术还包括上述方法制备的Mn掺杂Cs2CdCl4。
[0022]根据本专利技术实施例，所述Mn掺杂Cs2CdCl4中Mn的掺杂量为大于0小于11.88wt％。
[0023]根据本专利技术实施例，所述Mn掺杂Cs2CdCl4中Mn的摩尔掺杂量为大于0小于100％，例如2.5％、5.0％、7.5％、10％、12.5％、15％、17.5％、20％。
[0024]本专利技术还包括上述Mn掺杂Cs2CdCl4作为闪烁体的应用。这种Cs2CdCl4:Mn具有良好的结晶性和较高的PLQY，同时其具有足够大的斯托克斯位移，可以有效的遏制自吸收效应。本专利技术Mn掺杂Cs2CdCl4的光谱发射呈亮橙红色，可以用于荧光粉，LED，辐射探测等多个方面，展现出广阔的商业应用前景。同时该产品作为闪烁体，可用于X射线间接探测与成像。其具有较高的光子产额和较低的探测限，同时具有良好的线性响应和抗热淬灭效应，辐照稳定性和环境稳定性强，在常温常湿环境中放置三个月，未发生物相变化。其制备过程简单，可以实现公斤级制备。
[0025]本专利技术还提供一种柔性闪烁体薄膜，由上述Mn掺杂Cs2CdCl4和聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。可选地，Mn掺杂Cs2CdCl4为粉末状(已经过600...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mn掺杂Cs2CdCl4的制备方法，其特征在于，包括：以Cs2CO3、CdCl2和MnCl2为原料经溶液法在加热条件下制备。2.根据权利要求1所述Mn掺杂Cs2CdCl4的制备方法，其特征在于，Cs2CO3、CdCl2和MnCl2的质量比为0.326:(1
‑
x)
×
0.228:x
×
0.126，0＜x＜1；或者，Cs2CO3、CdCl2和MnCl2的摩尔比为1:(1
‑
y):y，0＜y＜1。3.根据权利要求1或2所述Mn掺杂Cs2CdCl4的制备方法，其特征在于，所用溶剂为盐酸和N,N二甲基甲酰胺，可选地，二者体积比为1:1。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述Mn掺杂Cs2CdCl4的制备方法，其特征在于，Cs2CO3与所述溶剂的比例为0.326g:(6
‑
10)mL，可选0.326g:6mL。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述Mn掺杂Cs2CdCl4的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为80
‑
100℃，可选100℃；和/或，所述加热的时间为20
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：严铮洸，王超，肖家文，韩晓东，王颖，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：