[发明专利]一种高质量CuI晶体的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电功能材料技术中的晶体生长领域，具体涉及CuI晶体的一种生长方法。

背景技术

本世纪正处于光电子时代，功能材料中的光电功能材料既有电子材料的稳定性，又有光子材料的先进性，将在光电子时代被广泛采用，因此发展很快，新材料层出不穷，近年来人们一直都在努力寻找应用于高能物理和核物理等领域的新型超快闪烁材料，并取得了不少重要进展，其中具有近带边发射(有可能发生快速的电子-空穴复合)的宽禁带半导体材料（Eg大于或等于3.2eV），已成为人们广泛关注的热点之一。

碘化亚铜(CuI)具有α、β、γ三种晶相，低于350℃为闪锌矿结构(γ-CuI)，两种离子都为四面体配位，350-392℃时为纤锌矿结构(β-CuI),是一种快离子导体，温度高于392℃时,则以立方型结构(α-CuI)存在。其中γ晶相CuI的空间群为F-43m，属于立方晶系，是一种空穴传输材料，其（通常所指的CuI闪烁晶体）发光衰减时间仅为90ps，且没有慢成分，是目前人们所知的时间响应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，它的发光峰位处于420～430nm，是由较弱激子峰和较宽的发光峰组成，与现在使用双碱性光电倍增管的光响应特性能很好的匹配。因此CuI晶体成为一种有非常应用前景的超快闪烁晶体，有望在未来超高计数率电子、γ射线和X射线测量中发挥重要作用。同时低温γ晶相的CuI也是一种立方结构的p型半导体材料，具有3.leV的直接能隙，禁带宽度大，相反的自旋轨道劈裂，较好的抗磁性和快离子导电性，电阻率随I-浓度改变而改变，在可见光范围内透明等特点，可用作太阳能电池材料、超导材料和光催化材料。

然而，CuI晶体的生长一直很有难度，更困难的是获得具有实用尺寸γ相的大单晶体，这是制约其应用的瓶颈。一方面，温度高于350℃时γ-CuI就转化为α相或β相，所以不能用熔融法生长得到CuI晶体。另一方面，CuI在水中的溶解度非常小（pKsp=11.96)，也不能用简单的溶液法生长。相关文献报道的生长方法主要有以下几种：气相沉积法、助熔剂法、水热法、络合-解络法、蒸发法、循环蒸发法等。1968年Goto等人采用升华-凝结法生长CuI晶体，但得到的晶体尺寸只有5mm×5mm×1mm。1946年I.Nakada,H.Ishizuki,N.Ishihara等人采用助熔剂法获得了尺寸超过1cm³的CuI晶体，但是颜色呈褐色，具体细节也没有提及。1973年Popolitov和Lobachev等人利用水热法得到的CuI晶体尺寸只有3mm×4mm×5mm。2010年黄丰、林璋等研究小组报道了一篇水热生长CuI晶体的方法法，得到CuI晶体是尺寸只有15mm×10mm×1mm，淡黄色透明的六角形晶体。A.F.Armington和J.J.O’Connor等人分别在1968年及1971年利用络合-解络法生长了CuI晶体，虽然所生长出来的晶体纯度很高，但是形貌不佳，大小尺寸也没有提及。近年来国内同济大学顾牡研究小组也报道了多篇利用络合-解络法生长CuI晶体的文章，经过一系列的研究，优化了实验方案，得到了最大尺寸为3mm的CuI晶体。2009年宁波大学潘建国小组在氮气保护下，加入铜粉做还原剂，70℃下采用循环恒温蒸发法，在乙腈中20天左右生长出CuI晶体，尺寸只有3mm×2mm×2mm。顾牡小组对此也做了研究，以乙腈为溶剂，40℃作为生长温度，20天左右得到尺寸为7.5mm×5mm×3mm的浅褐色CuI晶体。

因此，针对CuI晶体进行开发和应用研究是一件具有重要意义的工作。高质量的CuI晶体的生长十分困难，我们拟采温差法的技术路线，结合特定溶剂体系来解决该项难题。温差法生长晶体具有生长温度和过饱和度固定、晶体生长时不受溶解度和溶液体积限制、生长晶体尺寸较大、完整性及均匀性比较好等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高质量CuI晶体的生长方法。

本发明就是为了克服上述生长技术生长CuI晶体的不足，而采用水溶液温差法的技术路线，生长出晶体纯度高、均匀性好、尺寸较大的CuI晶体。