[发明专利]用作射线探测材料的掺杂改性钙钛矿材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用作射线探测材料的掺杂改性钙钛矿材料，该钙钛矿材料的化学式为(A1)_x(A2)_1‑x(B1)_y(B2)_1‑y(X1)_z(X2)_3‑z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0<z<3，A1、A2均为有机或无机阳离子，B1、B2均为二价金属阳离子，X1、X2均为有机或无机阴离子，且x，y不同时为0。本发明还另外提供了该钙钛矿材料的制备方法。本发明用作X/γ射线探测材料，能显著提升载流子迁移率和激子扩散长度，实现对X/γ射线的高灵敏度探测；同时，本发明制备掺杂改性钙钛矿材料的工艺简单、成本低廉，因此，本发明适于推广应用。

技术领域

本发明涉及辐射探测技术领域，具体涉及的是一种用作射线探测材料的掺杂改性钙钛矿材料及其制备方法。

背景技术

钙钛矿结构材料凭借其可调的禁带宽度、高载流子迁移率、良好的两极电荷传输特性、长激子扩散长度以及简单的制备工艺，在诸如太阳能电池、光探测器等电子器件领域被广泛地研究和应用。

最近新出现的一种新型有机无机杂化钙钛矿材料具有非常优异的物理化学特性，其禁带宽度可调，载流子迁移率非常高、激子扩散长度超过1μm，是一种非常有潜力的应用于探测器的材料。一种利用溶液法长成的钙钛矿单晶CH₃NH₃PbI₃(MAPbI₃)已成功地用作γ射线探测器(50keV-10MeV)，其灵敏度与响应速度均可与商业化的CdTe媲美(Naturephotonics,2016(10)585)。这种钙钛矿材料除了用作γ射线探测器，它同样可以应用于X射线的探测^[33](Nature photonics,2016(9)444)，通过溶液法制备的这种基于钙钛矿薄膜的X射线光电探测器，制备工艺简单，灵敏度高(25μC mGy_air^-1cm^-3)，响应迅速，在医学及军事上极具应用前景。

然而，上述方案所提及的钙钛矿材料环境稳定性较差，限制了其应用范围。因此，需要寻找合适的掺杂剂对对钙钛矿体系进行优化改性，在保证其高灵敏度探测的同时，显著改善其环境稳定性。这对于钙钛矿基探测器的实际应用尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种用作射线探测材料的掺杂改性钙钛矿材料及其制备方法，其以ABX₃钙钛矿结构为基体，利用有机或者无机掺杂剂进行掺杂制备而得，可以有效保证改性材料对X/γ射线的辐射探测效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

用作射线探测材料的掺杂改性钙钛矿材料，该钙钛矿材料的化学式为(A1)_x(A2)_1-x(B1)_y(B2)_1-y(X1)_z(X2)_3-z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0<z<3，A1、A2均为有机或无机阳离子，B1、B2均为二价金属阳离子，X1、X2均为有机或无机阴离子，且x，y不同时为0。

作为优选，所述A1和A2均为环氧树脂、甲胺、甲脒、锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡中的任意一种。

作为优选，所述B1和B2均为铅、锡、铜、锗中的任意一种。

作为优选，所述X1、X2均为I、Br、Cl、BF₄、PF₆、SCN中的任意一种。

基于上述材料，本发明还提供了该钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：