[发明专利]一种晶体生长用TlBr粉体的溶液合成方法

说明书

技术领域

本发明属于粉体制备技术领域，具体涉及一种晶体生长用TlBr粉体的常温常压溶液合成方法。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的发展，对高能射线的探测器提出了更高的要求，高分辨率、室温使用、小型化成为X射线探测器的发展方向。TlBr半导体材料具有如下优点，使它成为近十年继CdTe、Cd_1-xZn_xTe、HgI₂、PbI₂后的热门探测器材料。高原子序数(Z_Tl＝81，Z_Br＝35)和高密度(7.56g/cm³)，可使它对高能射线有较强的阻止本领，有较高的探测效率；宽禁带(2.68eV)，能保证器件具有较高的电阻率(10¹²Ω·cm)和较低的漏电流，探测器能在室温甚至更高的温度范围内工作；能量吸收深度小(0.32mm/100keV)，探测器用晶体的厚度要求可大大减小，同时能提高感生电荷的收集效率。探测器的各项性能参数，如暗电流、能量分辨率、探测效率等对于探测器晶体的质量极为敏感。而晶体中的杂质及缺陷都会成为晶体中载流子的陷阱，从而损坏载流子的传输特性，增大探测器的暗电流，进而影响探测器的性能。因此，这对TlBr探测器制备的第一步即粉体合成，提出了高纯、具有合适化学计量比的要求。据文献报道的TlBr粉体合成方法主要有单质合成方法和溶液合成方法两种。其中单质合成方法是采用金属Tl和单质Br₂在高温下直接化合。但是这种方法较为复杂，因为合成过程中TlBr易被Br₂氧化从而生成TlBr₃。而溶液合成方法则较为简易，同时与生成物具有不同溶解度的杂质也可以在合成过程中被去除，从而更为清洁。因此，溶液法合成TlBr粉体为一种更为简易、清洁、可控的方法。

V.Kozlov等人报导了采用NH₄Br和Tl₂SO₄作为反应物在水热釜中共沉淀合成TlBr。由于Tl₂SO₄在室温下的溶解度较小(Tl₂SO₄溶解度曲线为上升型)，因此采用NH₄Br和Tl₂SO₄合成TlBr时，需要在高温高压(即水热环境)下进行以增加Tl₂SO₄的溶解度，合成条件较复杂。本发明采用TlNO₃和HBr作为反应物，由于TlNO₃具有较大的常温常压溶解度，使得合成容易在常温常压下实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体生长用TlBr粉体的溶液合成方法，该溶液合成方法可以在常温常压下于水溶液中采用共沉淀的方式制备TlBr粉体，同时能够控制生成TlBr中Tl及Br原子的物质量比。

本发明提供的晶体生长用TlBr粉体的溶液合成方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

(1)室温下，制备TlNO₃的水溶液及浓度为0.09-9mol/L的HBr溶液；

(2)分别将TlNO₃的水溶液及HBr溶液滴加至同一容器中，使该容器中TlNO₃及HBr的摩尔比为0.95∶1～1.4∶1，在搅拌作用下共沉淀生成TlBr；

(3)将步骤(2)中的生成物静置后倒去上清液，保留沉淀物，并加入去离子水反复清洗，直到清洗的水样趋于中性；

(4)将清洗过的沉淀物烘干，烘干温度为35-95℃，得到TlBr粉体。

本发明方法所采用的反应物经过反应TlNO₃+HBr→TlBr+HNO₃后生成TlBr沉淀及HNO₃，它以TlNO₃和HBr作为反应物，在常温常压下于水溶液中采用共沉淀的方式制备TlBr粉体，同时以控制生成物TlBr中Tl及Br原子的物质量比为目的，研究反应物摩尔比、HBr溶液浓度以及烘干温度对其影响。具体而言，本发明有如下优点：

(1)反应物TlNO₃具有较大的常温常压溶解度，从而减少了反应溶液的体积，使得此方法更加容易实现。