一种ABX3Brx基亚纳秒级闪烁材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于电离辐射探测领域，具体涉及一种基于x位br掺杂的钙钛矿abx3brx基亚纳秒级闪烁材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、闪烁材料主要应用于正电子发射断层扫描(pet-ct)和快速脉冲射线(如快中子、gamma射线和alpha离子)的探测。

2、闪烁材料作为正电子发射断层扫描仪器的核心材料，可以捕获示踪剂在人体内产生的少量伽马射线，信号的强度和位置被正电子发射断层扫描仪器分析，从而获取人体特定位置的代谢速率。发生病变的细胞通常代谢速率要高于普通细胞，所以病变处的信号格外强，从而可以精准地定位到人体病变位置，在医学领域可用于癌症肿瘤早期诊断与治疗。

3、高能快中子击中并穿透闪烁材料，激发出闪烁材料的可见荧光，并由光学系统将信号收集储存，可以实现脉冲快中子的探测成像。

4、cspbcl3在大气中是一种无色透明的晶体，带隙为2.90ev，是一种宽带隙半导体，对紫外辐射具有良好的吸收能力，是一种十分具有潜力的紫外探测材料。在射线探测性能方面，cspbcl3晶体基的半导体射线探测器对122kev的γ射线的分辨率可以达到16％，在射线探测领域有潜在的应用。由于此材料是直接带隙材料，有望作为闪烁材料应用在射线探测和医疗成像领域。

5、然而，cspbcl3材料在室温下具有自由激子发光性质，发光衰减时间远高于1ns，虽然在低温紫外激发下具有亚纳秒衰减的现象，但低温的条件限制其作为闪烁材料在射线探测领域的应用。因此，如何获得室温下亚纳秒级闪烁特性的cspbcl3材料颇具挑战。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种abx3brx基亚纳秒级闪烁材料及其制备方法和应用，所述闪烁材料在室温的衰减时间达到亚纳秒级别，可作为超快闪烁材料应用于pet-ct和超快脉冲射线领域。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种abx3brx基亚纳秒级闪烁材料，其分子式为abx3brx，其中，a为ⅰ主族中的一种碱金属元素或多种碱金属元素的组合；b为ⅳ主族中的一种元素或多种元素的组合；x为viia族元素中的一种元素或多种元素的组合；x＝0.01-0.03。

4、优选的，a为cs和rb中的一种或两种的组合。

5、优选的，b为si、sn、ge和pb中的一种或几种的组合。

6、优选的，x为f、cl和br中的一种或几种的组合。

7、优选的，所述abx3brx为cspbcl3brx。

8、所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料的制备方法，包括：

9、s1、取abr，滴加液溴，abr与液溴反应，得到abr3；

10、s2、采用固相法或者溶液法，使ax、abr3和bx2进行反应，制备得到abx3brx材料。

11、进一步的，s1具体为：取粉末abr，滴加液溴，使液溴淹没粉末abr，abr与液溴反应，反应完成后，清除过量未反应的br蒸气，得到粉末abr3。

12、进一步的，s2中，采用固相法制备得到abx3brx材料，具体包括：

13、将ax、abr3和bx2混合后的混合料放入容器中，容器抽真空并密封；

14、将混合料进行加热处理，反应得到多晶cspbcl3brx材料。

15、进一步的，s2中，还包括：将多晶cspbcl3brx材料升温至第一温度，然后逐渐降温以生长单晶，得到单晶cspbcl3brx材料。

16、所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料在正电子发射断层扫描或超快脉冲射线检测中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

18、本发明提供的abx3brx基亚纳秒级超快闪烁材料，是在abx3基础上过量掺杂br元素得到。br的过量掺杂可以优化abx3材料闪烁性能，提高材料的光致发光强度和消除发光组分中慢衰减组分的存在。br的过量掺杂使得材料在保证光产额的同时，在室温下的辐射发光衰减时间从纳秒急剧缩短到亚纳秒级以下，在室温下实现荧光衰减时间达到亚纳秒级别，因此所述过量掺杂br的abx3brx基亚纳秒级超快闪烁材料在室温下具有超快闪烁特性，作为超快闪烁体有望应用于pet-ct和超快脉冲射线领域。本发明为全无机钙钛矿基闪烁体，全无机的组分可以改善传统闪烁体在大气中不稳定与易潮解的问题，给该闪烁体日后的服役环境提供了一些可能性。

19、本发明abx3brx基亚纳秒级超快闪烁材料的制备方法，采用条件温和的生长方案制备abr3多晶，并在现有材料ax、bx2中引入abr3，实现了br元素的过量掺杂，获得了abx3brx基亚纳秒级超快闪烁材料。本发明原料成本低。

20、进一步的，本发明采用固相法合成，且真空密封可以避免大气中的一些灰尘进入体系，最终得到适用于射线探测的高质量闪烁体材料。本发明还可以根据需要制备多晶或单晶abx3brx材料。

技术特征：

1.一种abx3brx基亚纳秒级闪烁材料，其特征在于，其分子式为abx3brx，其中，a为ⅰ主族中的一种碱金属元素或多种碱金属元素的组合；b为ⅳ主族中的一种元素或多种元素的组合；x为viia族元素中的一种元素或多种元素的组合；x＝0.01-0.03。

2.根据权利要求1所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料，其特征在于，a为cs和rb中的一种或两种的组合。

3.根据权利要求1所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料，其特征在于，b为si、sn、ge和pb中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料，其特征在于，x为f、cl和br中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料，其特征在于，所述abx3brx为cspbcl3brx。

6.权利要求1-5任一项所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料的制备方法，其特征在于，s1具体为：取粉末abr，滴加液溴，使液溴淹没粉末abr，abr与液溴反应，反应完成后，清除过量未反应的br蒸气，得到粉末abr3。

8.根据权利要求6所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料的制备方法，其特征在于，s2中，采用固相法制备得到abx3brx材料，具体包括：

9.根据权利要求8所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料的制备方法，其特征在于，s2中，还包括：将多晶cspbcl3brx材料升温至第一温度，然后逐渐降温以生长单晶，得到单晶cspbcl3brx材料。

10.权利要求1-5任一项所述的abx3brx基亚纳秒级闪烁材料在正电子发射断层扫描或超快脉冲射线检测中的应用。

技术总结
本发明提供一种ABX3Brx基亚纳秒级闪烁材料及其制备方法和应用，所述闪烁材料分子式为ABX3Brx，其中，A为Ⅰ主族中的一种碱金属元素或多种碱金属元素的组合；B为Ⅳ主族中的一种元素或多种元素的组合；X为VIIA族元素中的一种元素或多种元素的组合；x＝0.01‑0.03。所述闪烁材料在室温的衰减时间达到亚纳秒级别，可作为超快闪烁材料应用于PET‑CT和超快脉冲射线领域。

技术研发人员：张雨琳,林文文,柴之芳
受保护的技术使用者：宁波杭州湾新材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21