一种铅基有机无机杂化单晶闪烁体及其制备方法和应用

本发明属于功能光电晶体生长，涉及一种铅基有机无机杂化单晶闪烁体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在许多与核有关的环境中，由中子、x射线、γ射线、α射线和重带电粒子组成的电离辐射无处不在。对多种粒子辐射的灵敏和快速检测，对于核监测、高能物理、医学和成像至关重要。闪烁体可以发出透明的荧光，在高能射线或其他放射性粒子通过时，会发出闪烁光，这种材料可以应用在射线、中子、高能粒子的探测中。一般情况下，闪烁体应具有以下特性：密度大、对带电粒子阻止本领大，对射线有很高的吸收系数、发光效率高、发光强度与入射线的能量有良好的线性关系、荧光衰减快、光学均匀性好以及对产生的荧光透明性好等。

2、然而，开发对多种粒子辐射敏感的闪烁体仍然具有挑战性。众所周知，离子检测技术本质上是基于与敏感元件的相互作用。其中高能光子(x射线、γ射线)的吸收强烈依赖于闪烁体材料的高原子序数。相比之下，中子和物质之间的相互作用要复杂得多。中子作为一种不带电的中性粒子，几乎不受原子核外静电场的约束，目前，研究人员利用中子对轻元素(如h、li和b)的高灵敏度，并耦合到闪烁体作为中子探测。

3、金属卤化物钙钛矿材料由于具有较高的缺陷容忍度，优异的光电性能、闪烁性能，在辐射探测领域已被广泛研究，例如，(c18h37nh3)2pbbr4或(c12h25nh3)2pbbr4用于快中子探测成像、二维结构(pea)2pbbr4单晶闪烁体用于x成像。单晶薄片相比多晶薄膜具有更好的均匀性和透明度，能实现更加清晰的x射线成像以及辐射探测，但目前单晶薄片在制备过程中常存在一些问题，比如晶体生长困难，条件苛刻，尺寸较小，因此，现有技术大多将钙钛矿材料制作成多晶薄膜才能用于x射线成像。中国专利文献cn114959867a通过室温溶剂挥发法制备出了高质量、大面积的二维结构(pea)2pbbr4钙钛矿单晶闪烁体。然而，溶剂挥发法生长单晶需要时间过长，晶体质量不稳定。此外(pea)2pbbr4钙钛矿单晶较强的自吸收，导致其低的光产额。

技术实现思路

1、为了解决现有闪烁体单晶制备条件苛刻、制备周期长、晶体质量不稳定以及钙钛矿单晶较强的自吸收限制了其闪烁效率的问题，本发明提供一种铅基有机无机杂化单晶闪烁体及其制备方法和应用，该方法条件简单、制备周期短、制备的铅基有机无机杂化单晶闪烁体晶体质量稳定，具有高量子效率(plqy＝77.9％)，x射线下具有高光产额(24630photons/mev)，能实现多种离子辐射探测，包括：x射线、γ射线、α离子和中子。

2、本发明提供的技术方案具体如下：

3、第一方面，本发明提供一种铅基有机无机杂化单晶闪烁体，所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体具有化学式：bmpip2pbbr4。

4、在本发明提供的一些实施方式中，所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体为单斜晶系，空间群为c2/c。

5、在本发明提供的一些实施方式中，所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体的晶胞参数为：α/°＝90，β/°＝123.682(4)，γ/°＝90，z＝4。

6、在本发明提供的一些实施方式中，所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体的尺寸为15×7×1.7mm3。

7、在本发明提供的一些实施方式中，所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体的密度为2.017g/cm3。

8、第二方面，本发明提供一种制备上述铅基有机无机杂化单晶闪烁体的方法，包括：

9、提供bmpip2pbbr4溶度为0.08-0.1mol/l的籽晶前驱体溶液，使籽晶前驱体溶液部分溶剂挥发，得到bmpip2pbbr4籽晶；

10、提供bmpip2pbbr4溶度为0.2-0.25mol/l的单晶前驱体溶液，敢问溶解后，向单晶前驱体溶液中加入bmpip2pbbr4籽晶，控制降温速率≤2℃/h，获得bmpip2pbbr4单晶。

11、在本发明提供的一些实施方式中，所述控制降温速率≤2℃/h包括：

12、在>50℃时，控制降温速率为0.5℃/h；在40-50℃时，控制降温速率为1℃/h；在<40℃时，控制降温速率为2℃/h。

13、在本发明提供的一些实施方式中，提供bmpip2pbbr4溶度为0.08-0.1mol/l的籽晶前驱体溶液，包括：

14、按摩尔比为4:1将bmpipbr和pbbr2加入溶剂中，获得bmpip2pbbr4溶度为0.08-0.1mol/l的籽晶前驱体溶液。

15、在本发明提供的一些实施方式中，使籽晶前驱体溶液部分溶剂挥发，得到bmpip2pbbr4籽晶，包括：

16、过滤籽晶前驱溶液，使其在保护气氛下静置于15-30℃的环境中缓慢挥发。

17、在本发明提供的一些实施方式中，提供bmpip2pbbr4溶度为0.2-0.25mol/l的单晶前驱体溶液，向单晶前驱体溶液中加入bmpip2pbbr4籽晶，包括：

18、按摩尔比为4:1将bmpipbr和pbbr2加入溶剂中，加热至60-70℃，待固体溶解后加入尺寸为1-2mm的bmpip2pbbr4籽晶。

19、第三方面，本发明提供铅基有机无机杂化单晶闪烁体在发光和闪烁体领域的应用。例如，制备一种辐射探测器，该辐射探测器包括上述铅基有机无机杂化单晶闪烁体。

20、本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

21、1.本发明提供的铅基有机无机杂化单晶闪烁体bmpip2pbbr4可用于x射线、γ射线、α离子和中子等多种粒子辐射探测，特别是用作x射线闪烁体时具有短的荧光寿命(63.5ns)和高的光产额(24630photons/mev)。

22、2.本发明提供的铅基有机无机杂化单晶闪烁体bmpip2pbbr4具有较高的光致发光量子产率(plqy，77.9％)。

23、3.本发明提供的铅基有机无机杂化单晶闪烁体bmpip2pbbr4单晶尺寸大(15×7×1.7mm3)，且具有较高的透明度(在400～800nm范围内透光率达83％以上)以及几乎为0的自吸收，有效降低光散射和能量损耗。

技术特征：

1.一种铅基有机无机杂化单晶闪烁体，其特征在于：所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体具有化学式：bmpip2pbbr4。

2.根据权利要求1所述的铅基有机无机杂化单晶闪烁体，其特征在于：所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体为单斜晶系，空间群为c2/c。

3.根据权利要求1所述的铅基有机无机杂化单晶闪烁体，其特征在于：所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体的晶胞参数为：α/°＝90，β/°＝123.682(4)，γ/°＝90，z＝4。

4.根据权利要求1所述的铅基有机无机杂化单晶闪烁体，其特征在于：所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体的尺寸为15×7×1.7mm3。

5.根据权利要求1所述的铅基有机无机杂化单晶闪烁体，其特征在于：所述铅基有机无机杂化单晶闪烁体的密度为2.017g/cm3。

6.一种制备权利要求1所述的铅基有机无机杂化单晶闪烁体的方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备铅基有机无机杂化单晶闪烁体的方法，其特征在于：所述控制降温速率≤2℃/h包括：

8.根据权利要求6所述的制备铅基有机无机杂化单晶闪烁体的方法，其特征在于：提供bmpip2pbbr4溶度为0.08-0.1mol/l的籽晶前驱体溶液，包括：

9.根据权利要求6所述的制备铅基有机无机杂化单晶闪烁体的方法，其特征在于：提供bmpip2pbbr4溶度为0.2-0.25mol/l的单晶前驱体溶液，向单晶前驱体溶液中加入bmpip2pbbr4籽晶，包括：

10.权利要求1～5任一项所述的铅基有机无机杂化单晶闪烁体在发光和闪烁体领域的应用。

技术总结本发明涉及一种铅基有机无机杂化单晶闪烁体及其制备方法和应用。该铅基有机无机杂化单晶闪烁体具有化学式：Bmpip<subgt;2</subgt;PbBr<subgt;4</subgt;，可用于X射线、γ射线、α离子和中子等多种粒子辐射探测，特别是用作X射线闪烁体时具有短的荧光寿命(63.5ns)和高的光产额(24630photons/MeV)，且具有较高的光致发光量子产率(PLQY，77.9％)，同时具有几乎为0的自吸收。技术研发人员：林乾乾,唐海涛受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1