锑基钙钛矿单晶及其制备方法、半导体材料、X射线探测器

本申请涉及x射线探测材料，尤其涉及一种锑基钙钛矿单晶及其制备方法、半导体材料、x射线探测器。

背景技术：

1、x射线由于拥有波长短、能量高、穿透性强等特性，如今被广泛应用于工业探伤、医学成像、安检等各大领域。而在医疗领域，过量的x射线对生物体有着致命的危害，高灵敏、低剂量的x射线探测器是目前重要的攻关项目。具有优异光电性能的钙钛矿材料自然也成为了研究的焦点。

2、有机无机杂化铅基卤化物钙钛矿有着优异的光电特性，在x射线探测方面展现了极佳的器件性能，但其稳定性差、含有毒元素的问题也无法忽视，在追求可持续发展、环境友好的时代背景下，稳定、无毒的材料将是研究的重点。

技术实现思路

1、本申请提供了一种锑基钙钛矿单晶及其制备方法、半导体材料、x射线探测器，以为现有x射线探测器提供了新的材料。

2、第一方面，本申请提供了一种锑基钙钛矿单晶，所述锑基钙钛矿单晶的化学式为(c10h26n2)sbcl5，所述锑基钙钛矿单晶的晶体结构由有机阳离子(c10h26n2)2+和无机结构单元[sbcl6]3-组成，晶体中(c10h26n2)2+与[sbcl6]3-之间存在库伦作用和氢键相互作用；其中，

3、sb3+离子与6个cl-离子配位形成八面体结构，所述八面体通过共享顶点的方式而连接形成1d链状结构，(c10h26n2)2+阳离子组成的棱形柱状笼包裹着[sbcl6]3-链。

4、可选的，所述锑基钙钛矿单晶的晶体结构属于单斜晶系，空间群为p21/n。

5、第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的锑基钙钛矿单晶的方法，所述方法包括：

6、得到氯化锑溶液；

7、将n,n,n,n-四甲基-1,6-己二胺与第一盐酸进行第一混合，得到第一混合溶液；

8、将所述第一混合溶液逐步加入所述氯化锑溶液中，后进行第一加热溶解，得到第二混合溶液；

9、将所述第二混合溶液进行冷却，以析出晶体，得到锑基钙钛矿单晶。

10、可选的，所述n,n,n,n-四甲基-1,6-己二胺的物质的量n1与所述第一盐酸的体积v1满足关系：n1:v1＝1:(0.5～2)。

11、可选的，所述得到氯化锑溶液，包括：

12、将sb2o3固体与第二盐酸进行第二混合，后进行第二加热溶解，得到氯化锑溶液。

13、可选的，所述sb2o3固体的物质的量n2与所述第二盐酸的体积v2满足关系：

14、n2:v2＝1:(0.5～2)。

15、可选的，所述第一盐酸与所述第二盐酸的浓度均为36wt％～38wt％。

16、可选的，所述第一加热溶解的温度为60℃～120℃，和/或所述第二加热溶解的温度为50℃～80℃。

17、第三方面，本申请提供了一种半导体材料，所述半导体材料包括第一方面所述的的锑基钙钛矿单晶。

18、第四方面，本申请提供了一种x射线探测器，所述x射线探测器的组成包括第三方面所述的半导体材料。

19、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

20、本申请实施例提供的该锑基钙钛矿单晶，该锑基钙钛矿单晶的化学式为(c10h26n2)sbcl5，所述锑基钙钛矿单晶的晶体结构由有机阳离子(c10h26n2)2+和无机结构单元[sbcl6]3-组成，晶体中(c10h26n2)2+与[sbcl6]3-之间存在库伦作用和氢键相互作用；其中，sb3+离子与6个cl-离子配位形成八面体结构，所述八面体通过共享顶点的方式而连接形成1d链状结构，(c10h26n2)2+阳离子组成的棱形柱状笼包裹着[sbcl6]3-链，对于铅毒性问题，本申请内容选用va族元素锑(sb)作为铅的替代元素，除具有低毒和环境友好的特点，与iva族元素sn(ii)和ge(ii)相比，sb还具有环境稳定的优势。此种元素替换的非铅杂化卤化物钙钛矿半导体材料可解决铅基材料的毒性问题，同时为现有x射线探测器提供了具有潜在应用前景的新型无铅杂化钙钛矿材料。

技术特征：

1.一种锑基钙钛矿单晶，其特征在于，所述锑基钙钛矿单晶的化学式为(c10h26n2)sbcl5，所述锑基钙钛矿单晶的晶体结构由有机阳离子(c10h26n2)2+和无机结构单元[sbcl6]3-组成，晶体中(c10h26n2)2+与[sbcl6]3-之间存在库伦作用和氢键相互作用；其中，

2.根据权利要求1所述的锑基钙钛矿单晶，其特征在于，所述锑基钙钛矿单晶的晶体结构属于单斜晶系，空间群为p21/n。

3.一种制备权利要求1或2所述的锑基钙钛矿单晶的方法，其特征在于，所述方法包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述n,n,n,n-四甲基-1,6-己二胺的物质的量n1与所述第一盐酸的体积v1满足关系：n1:v1＝1:(0.5～2)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述得到氯化锑溶液，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述sb2o3固体的物质的量n2与所述第二盐酸的体积v2满足关系：n2:v2＝1:(0.5～2)。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一盐酸与所述第二盐酸的浓度均为36wt％～38wt％。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一加热溶解的温度为60℃～120℃，和/或所述第二加热溶解的温度为50℃～80℃。

9.一种半导体材料，其特征在于，所述半导体材料包括权利要求1或2所述的锑基钙钛矿单晶。

10.一种x射线探测器，其特征在于，所述x射线探测器的组成包括权利要求9所述的半导体材料。

技术总结本申请涉及一种锑基钙钛矿单晶及其制备方法、半导体材料、X射线探测器，所述锑基钙钛矿单晶的化学式为(C<subgt;10</subgt;H<subgt;26</subgt;N<subgt;2</subgt;)SbCl<subgt;5</subgt;，所述锑基钙钛矿单晶的晶体结构由有机阳离子(C<subgt;10</subgt;H<subgt;26</subgt;N<subgt;2</subgt;)<supgt;2+</supgt;和无机结构单元[SbCl<subgt;6</subgt;]<supgt;3‑</supgt;组成，晶体中(C<subgt;10</subgt;H<subgt;26</subgt;N<subgt;2</subgt;)<supgt;2+</supgt;与[SbCl<subgt;6</subgt;]<supgt;3‑</supgt;之间存在库伦作用和氢键相互作用；其中，Sb<supgt;3+</supgt;离子与6个Cl<supgt;‑</supgt;离子配位形成八面体结构，所述八面体通过共享顶点的方式而连接形成1D链状结构，(C<subgt;10</subgt;H<subgt;26</subgt;N<subgt;2</subgt;)<supgt;2+</supgt;阳离子组成的棱形柱状笼包裹着[SbCl<subgt;6</subgt;]<supgt;3‑</supgt;链。本申请内容选用Sb作为铅的替代元素，除具有低毒和环境友好的特点，同时为现有X射线探测器提供了新的材料。技术研发人员：牛广达,涂冰艳,郑光亚,巫皓迪,逄锦聪,唐江,徐凌,郑志平受保护的技术使用者：华中科技大学鄂州工业技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/19