[发明专利]一种超快闪烁晶体CuI及生长方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，尤其是涉及一种作为超快闪烁晶体材料。

背景技术：

闪烁晶体广泛用于多种领域内，如核物理、高能物理、天体物理、地质勘探、石油测井、核医学成像、工业无损检查、港口安检等。不同应用领域对闪烁晶体的要求不尽相同，如核医学成像要求闪烁晶体具有高的光输出，不太高的辐照硬度。而高能物理实验对辐照硬度要求很高，对光输出要求却不高，但它们都要求晶体具有高的密度和快的闪烁衰减。20世纪90年代，由于高能物理领域和核医学成像领域正电子断层扫描的迫切需要，对超快闪烁晶体的研究和开发出现了前所未有的热潮。

过去的高密度、快衰减闪烁晶体几乎全部是绝缘体基质的，没有一种闪烁晶体是亚纳秒(<1ns)级衰减的。而一些宽带隙直接跃迁的半导体材料如ZnO(Ga)，CdS(In)，CuI，PbI₂，Hg₂I₂等利用激子发射或边带发射，可以获得纳秒甚至皮秒快发光。其中，CuI发光衰减时间仅为90皮秒，且没有慢成分。是目前人们所知的最快的无机闪烁晶体。尽管CuI的光产额比CsI(T1)低两个数量级。但在t小于等于0.1ns时间内发出的光子数却比CsI(Tl)晶体高40多倍。是一种有非常应用前景的超快闪烁晶体。碘化亚铜为非水溶性晶体，具有α、β、γ三种晶相，其中低温γ晶相的CuI是在温度低于350度合成的立方结构的p一型半导体材料，具有3.leV的直接能隙，是超快衰减的半导体基闪烁晶体材料。目前，对CuI的应用和开发研究，主要的困难是CuI大单晶的生长。目前，有相关文献报道的生长CuI主要有三种方法：络合解络法、气相沉积法、熔融法，它们所得到的晶体都在毫米级。

γ-CuI的空间群为F-43m，属于立方结构。在温度高于350度就转化为β相，所以不能用熔融发生长。CuI又是非水溶性的，在水中的溶解度非常小，所以，也不能用简单的水溶液法单晶。其中，国内的同济大学顾牡研究小组利用络合解络法生长出了直径约为1.5mm的单晶。中国发明专利(200410066546.3)也介绍了络合-解络法生长CuI晶体。

发明内容：

本发明的目的就在于公开一种新的生长超快闪烁晶体碘化亚铜的方法。

CuI不溶于水，但在一些有机溶剂中，具有一定的溶解性。如在乙腈、三乙胺中。在乙腈中溶解碘化亚铜，常温下析出的晶体为碘化亚铜的乙腈络合物，并在空气中很容易风化。我们通过调节温度，在温度高于40度时，析出的为碘化亚铜晶体。因此，我们利用乙腈为溶剂，采用高温溶剂蒸发法生长碘化亚铜晶体。

生长时采用分析纯的乙腈为生长溶剂，分析纯的碘化亚铜粉末为生长原料。蒸发法生长设备采用玻璃加工。保护气体为高纯的惰性气体。具体的生长步骤如下：

1、配置碘化亚铜在乙腈中的饱和溶液。将碘化亚铜溶于乙腈中，加热至40度以上，通入惰性气体保护。直到溶液中碘化亚铜不能溶解，过滤饱和溶液。

2、生长籽晶的制备。利用蒸发方法获得小的籽晶，选择晶形较好的晶粒为籽晶，把籽晶粘在玻璃制的晶架上。

3、晶体的生长。配置的饱和溶液注入生长装置中，在通入惰性气体，放入晶架。加温至40度以上。生长时晶架转速为30转/分。控制蒸发出的溶剂量。30天后得到尺寸5 x 5 x 5mm³的碘化亚铜晶体。

本发明的优点在于，碘化亚铜在乙腈中有相对较好的溶解性和结晶性。这样，生长出的晶体的晶形完整。采用溶液蒸发方法，通过控制蒸发出的溶剂量。能得到尺寸较大的晶体。通过通入惰性气体的保护，避免空气中的氧气把溶液中的碘离子氧化成碘单质。这样，使生长出的晶体纯度高，质量好。晶体为淡黄色，透明度高。

将生长出的碘化亚铜晶体，进行X射线粉末衍射测试，证明晶体为相的碘化亚铜晶体。可作为超快闪烁晶体应用

附图说明：

图1是溶液蒸发方法生长碘化亚铜晶体的装置图。

图中1.籽晶杆  2.晶体  3.密封装置  4.加热器  5.搅拌器  6.温度计  7.控温装置  8.虹吸管  9.量筒

具体实施方式：

实现本发明的具体实施方式优选方案：

取分析纯的乙腈1000ml于玻璃容器中，加入8.6475g碘化亚铜粉末。通入氮气，将通氮气的玻璃管插入液面以下，缓慢通入氮气，直至气泡均匀逸出，大约通入20分钟。增大氮气流速，再通入大约需要30分钟，密封。将其置于75℃加热装置上加热，直至碘化亚铜粉末完全溶解。此时溶液呈淡黄色。