[发明专利]一种碘化亚铜晶体的生长方法

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：

新型闪烁晶体的探索主要目标是获得高密度、快衰减的晶体。过去人们主要研究的晶体几乎全部是绝缘体基质的，发现很少有闪烁晶体是亚纳秒(＜1ns)级衰减的。尽管在BaF2晶体(4.88g/cm3)中发现了亚纳秒(0.6ns)的超快衰减，但是在闪烁光中占的比例不大，强度较弱。后来，人们发现一些宽带隙直接跃迁的半导体材料如ZnO(Ga)，CdS(In)，CuI，PbI2，Hg2 I2等，能利用激子发射或边带发射，从而获得纳秒甚至皮秒级快发光。使得超快衰减的半导体基闪烁晶体成为闪烁晶体今后研究和开发的一个重要方向。其中，γ晶相CuI(通常所指的CuI闪烁晶体)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。CuI的光产额虽然比CsI(Tl)低。但在t＜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。

碘化亚铜共具有α、β、γ三种晶相，其中低温γ晶相的CuI具有超快的闪烁特性。它是在温度低于350℃合成的立方结构的p型半导体材料，具有3.1eV的直接能隙。它的空间群为F-43m属于立方晶系。目前，有关CuI晶体的应用和开发研究，最大的困难是CuI大单晶的获得。由于在温度高于350℃时CuI就转化为α相或β相，所以不能用熔融法生长得到闪烁晶体CuI。另一方面，CuI在水中的溶解度非常小(pK_sp＝11.96)，也不能用简单的溶液法生长。这些使得CuI的大单晶很难获得。相关文献报道的生长主要有四种方法：络合解络法、气相沉积法、助溶剂法、水热法。气相沉淀法生长是利用气相的Cu⁺、I^-凝聚来生长晶体。缺点是生长设备要求高，晶体的质量差，得到的晶体尺寸只有5毫米左右。络合解络法是利用络合离子，增加CuI在水中的溶解度，再在溶胶凝胶中扩散生长。这种方法由于无法控制晶体的成核，得到的晶体尺寸都较小。助溶剂法和水热法由于不易控制，所得到的晶体也都在毫米级。这几种方法生长的晶体，由于尺寸小、质量差，文献中都没有对晶体的质量和发光特性作进一步的报道。完整的发光机理、物化性能也都无法获得。其中国内的同济大学顾牡研究小组利用络合解络法，成功的生长出了尺寸达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不溶于水和一些常见的有机溶剂中，但能溶于一些含氮的有机离子溶液中。离子液体又称室温离子液体或室温熔融盐，也称非水离子液体、液态有机盐等，是指在室温或室温附近温度下呈液态，并由阴阳离子组成的物质。具有很多独特的物理化学性质：(1)蒸汽压低、不挥发、易于存放、消除了挥发性有机溶剂的污染问题。(2)液体状态温度范围宽，且稳定性大多比较高。(3)能够溶解许多有机、无机和金属有机化合物。(4)通过选择合适的阴离子或阳离子，可以改变离子液体的极性、亲水性/亲酯性、粘度、密度、酸性等性质。实验发现CuI能溶于咪唑型、吡啶型、吡咯烷型、季铵型、季膦型等阴离子为卤素的离子液体中。。因此，我们利用这类离子液体为溶剂，采用高温溶剂降温法生长碘化亚铜晶体

生长时采用分析纯的卤素离子液体为生长溶剂，分析纯的碘化亚铜粉末为生长原料。降温法生长设备采用玻璃加工。具体的生长步骤如下：

1、配置碘化亚铜在卤素离子液体中的饱和溶液。将碘化亚铜溶于卤素离子液体中，加热至150度以上，利用搅拌器搅拌，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。利用降温的方法获得小的籽晶，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，升高温度，对溶液进行一定程序的过热处理。将制备好的籽晶放入生长器的上方，恒温5-30分钟，放入晶种进入生长溶液中，进行“正-停-反”的转动。控制降温速度，10-30天后得到大尺寸的碘化亚铜晶体。

本发明的优点在于，碘化亚铜在卤素离子液体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。通过控制降温的速度，能得到尺寸较大的晶体。生长出的晶体纯度高，质量好。晶体为无色，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：