一种高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体及其制备方法与应用

本发明属于x射线激发闪烁体材料和x射线成像。更具体地，涉及一种高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体及其制备方法与应用。

背景技术：

1、闪烁发光是指材料在x射线或γ射线等高能射线的激发下发光的现象，具有该现象的物质称为闪烁体，已广泛应用于医学成像、工业无损探伤和航空探测等领域。由于具有重原子和优异的发光量子产率，铜碘簇有望成为一类优秀的闪烁体。

2、然而目前所报道的铜碘簇一般基于有机配体构筑而成，多数有机配体由c、n、o和h等轻原子组成，对x射线的吸收较差；且配位键和有机分子构象的柔性往往会导致激发态的jahn-teller畸变，引起结构弛豫引起的能量损失，使得闪烁强度相对较低(wang,peng-kun,et al."flexible strontium-based metal-organic framework scintillationscreens for high-resolution x-ray imaging."inorganic chemistry frontiers10.19(2023):5710-5718.；zhang,nan,et al."intramolecular charge transfer enableshighly-efficient x-ray luminescence in cluster scintillators."naturecommunications 14.1(2023):2901.)。因此，需要基于一类对x射线有较强吸收且刚性的配体构筑铜碘簇。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有铜碘簇闪烁体的闪烁强度相对较低的缺陷和不足，提供一种高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体。

2、本发明另一目的是提供所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体的制备方法。

3、本发明另一目的是提供一种利用高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体制备的复合薄膜。

4、本发明另一目的是提供所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体或所述复合薄膜复合薄膜在x射线成像和/或x射线探测中的应用。

5、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

6、本发明保护一种高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体，所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体为cui与ph3as通过配位作用构筑而成，其分子式为cu4i4(ph3as)4。

7、针对现有铜碘簇闪烁体的闪烁强度相对较低的问题，申请人创造性发现ph3as对x射线的吸收较强，且刚性的三角锥形结构有利于减少激发态的john-teller畸变，从而减少结构弛豫引起的能量损失，获得高强度的闪烁体。将cui与ph3as通过配位作用能够制备得到高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体，其闪烁发光能力与商用闪烁体bgo(锗酸铋)相当，光产量高，对于x射线的剂量率线性响应好，检测限低，远低于医学的x射线诊断剂量5.5μgy/s。

8、进一步地，所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体结晶于单斜晶系，晶体学数据为c＝27.1094(4)，z＝4，空间群为pbcn。

9、进一步地，所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体的晶体结构中，其中含有4个cu+阳离子，4个i-阴离子和4个ph3as配体。四个cu+阳离子形成了一个四面体结构，每个i-阴离子位于四面体的一个面上，形成了一个类立方体的核心结构。此外，cu+阳离子与三个i-阴离子和一个砷原子配位，也形成四面体几何结构。

10、本发明保护所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体的制备方法，具体包括如下步骤：将cui与ph3as于极性有机溶剂中充分混合，在50～80℃下进行溶剂热反应，反应完全，冷却，过滤，取滤液进行挥发结晶，即得。

11、进一步地，所述极性有机溶剂包括但不限于甲苯。

12、优选地，所述挥发结晶的温度为25-60℃。在25～30℃下挥发结晶，挥发的时间为5～7d，温度较高时，结晶的时间会缩短。

13、优选地，所述cui与ph3as的摩尔比为1：(1～2)。

14、优选地，所述反应完全的时间为3～60h。

15、进一步地，所述充分混合的方式为超声处理。

16、本发明保护一种复合薄膜，所述复合薄膜为基于所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体制备而成。

17、进一步地，所述复合薄膜的制备方法包括如下步骤：将高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体与成膜剂充分混匀，制备成膜，干燥，即得。

18、进一步地，所述成膜的方式包括但不限于投入模具成膜或使用涂布器涂布成膜。

19、优选地，所述成膜剂包括但不限于聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮。

20、优选地，所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体与成膜剂的质量比为1：5～500。

21、更优选地，所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体与成膜剂的质量比为1：8～100。

22、进一步地，所述复合薄膜的厚度为0.1～2.5mm。

23、优选地，所述复合薄膜的厚度为0.1～0.3mm。

24、本发明还保护所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体或所述复合薄膜在x射线成像和/或x射线探测中的应用。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、本发明所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体为cui与ph3as通过配位作用构筑而成，该铜碘簇闪烁体通过简单的溶剂热法和挥发结晶法制备得到，其具有与商用闪烁体bgo(锗酸铋)相当的闪烁发光能力，对于x射线的剂量率线性响应好，检测限为113.4ngy/s，远低于医学的x射线诊断剂量5.5μgy/s。将所得铜碘簇闪烁体进一步制备成薄膜后，薄膜具有优异的空间分辨率，在安防检查、工业损伤检测和医学影像等领域里具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体，其特征在于，所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体为cui与ph3as通过配位作用构筑而成，其分子式为cu4i4(ph3as)4。

2.根据权利要求1所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体，其特征在于，所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体结晶于单斜晶系，晶体学数据为c＝27.1094(4)，z＝4，空间群为pbcn。

3.权利要求1或2所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将cui与ph3as于极性有机溶剂中充分混合，在50～80℃下进行溶剂热反应，反应完全，冷却，过滤，取滤液进行挥发结晶，即得。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述极性有机溶剂包括但不限于甲苯。

5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述挥发结晶的温度为25～60℃。

6.根据权利要求3～5任一所述制备方法，其特征在于，所述cui与ph3as的摩尔比为1：(1～2)。

7.一种复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜为基于权利要求1～3任一所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体制备而成。

8.根据权利要求7所述复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜的制备方法包括如下步骤：将高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体与成膜剂充分混匀，制备成膜，干燥，即得。

9.根据权利要求8所述复合薄膜，其特征在于，所述成膜剂包括但不限于聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮。

10.权利要求1或2所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体或权利要求7～9任一所述复合薄膜在x射线成像和/或x射线探测中的应用。

技术总结
本发明属于X射线激发闪烁体材料技术领域，具体涉及一种高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体及其制备方法与应用。本发明所述高闪烁发光性能铜碘簇闪烁体为CuI与Ph<subgt;3</subgt;As通过配位作用构筑而成，该铜碘簇闪烁体通过简单的溶剂热法和挥发结晶法制备得到，其具有与商用闪烁体BGO相当的闪烁发光能力，对于X射线的剂量率线性响应好，检测限低，远低于医学的X射线诊断剂量。将所得铜碘簇闪烁体进一步制备成薄膜后，薄膜具有优异的空间分辨率，在安防检查、工业损伤检测和医学影像等领域里具有广泛的应用前景。

技术研发人员：潘梅,苏成勇,郑浩,黄燕婷
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11