[发明专利]一种非金属有机钙钛矿低电压辐射探测器及其制备方法

说明书

本发明一种非金属有机钙钛矿低电压辐射探测器及其制备方法，所述制备方法，包括如下步骤，步骤1，培养尺寸不小于5*5*2mm的大尺寸非金属有机钙钛矿单晶；非金属有机钙钛矿单晶为ABX3的构型，其中，A为非金属单体三乙烯二胺DABCO，B为NH₄⁺，X为Cl，Br或I；步骤2，将大尺寸非金属有机钙钛矿单晶进行清洗和单面剖光；步骤3，在抛光的一面沉积叉指电极，得到非金属有机钙钛矿单晶辐射器件。本发明的辐射探测器的工作原理和结构和金属基钙钛矿相似，但其本身的材料却是有机材料，因此材料结合了二者的优点，不再是共轭体系的有机材料且单晶生长比起有机相对简单，所有溶剂为水，无毒无害。

技术领域

本发明涉及辐射探测领域，具体为一种非金属有机钙钛矿低电压辐射探测器及其制备方法。

背景技术

当今X射线应用于医学、测试表征、安检、工业探伤等方面，与人们的生活息息相关。正因如此常见的使用X射线以及其强辐射和能量，促使人们开始思考它的危害，有关专家认为X射线穿过人体时会对人体产生轻度危害，引起人体生物大分子以及水分子的电离和激发反应，过量的X射线照射人体会影响生理机能，造成染色体异常，对人体生殖、神经和免疫系统造成直接伤害，是心血管疾病、糖尿病、癌变的主要诱导原因，同时还有概率使孕妇流产、不育、胎儿畸形等可能，可直接引起成年人的身体组织与骨骼发育，引起视力、记忆力下降和肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落等。此外还会对信息安全造成隐患，过量的辐射会干扰周围其他电子设备，影响正常运作，所以专业人员都需配备放射线剂量测定装置，检测含量是否超标。

现有技术中，金属基钙钛矿如铅(MAPbI₃)和铋(Cs₂AgBiBr₆)由于其具有较大的X射线衰减系数，在光电检测中占据主导地位。例如黄劲松老师报道了MAPbI₃单晶检测器，灵敏度达到了80μC·Gy_air^-1cm^-2，x射线检出限剂量为0.5μGy_air·s^-1。唐江老师报道的Cs₂AgBiBr₆单晶检出限可低至59.7nGy_air·s^-1。然而这些材料虽然具有很好的检出极限和响应灵敏度，但是材料也受限于其本身的金属，例如铅材料对人体危害极大，会对人体的神经、造血、消化、肾脏等多个系统造成危害，甚至会引起铅中毒，而且这种重金属不会随着人体代谢排出，沉积体内最终可能会导致更加严重的危害。其他的金属材料虽然没有铅的毒性，但是金属材料本身的相对原子序数比较大，导致其材料密度要比有机材料大很多，对于制备柔性可穿戴或者其他轻便的探测器会不太适用，且金属的开采以及材料的制备过程所需的成本很高，所用溶剂为DMF、DMSO等有毒溶剂，对环境也造成了一定的影响。

虽然有机材料是最有吸引力的替代品，这种材料质量轻、密度小，更加符合人体当量；现有技术中，有机材料的X射线探测器研究都集中于4-羟基氰基苯(4HCB)、1,8-萘酰亚胺(NTI)、1,5-二硝基萘(DNN)、四苯基丁等共轭分子单晶上。4HCB单晶探测器在500V时的灵敏度为170nC·Gy^-1，NTI单晶探测器在500V时的灵敏度为42nC·Gy^-1，基于DNN单晶的探测器在10V下的灵敏度达到6nC·mGy^-1。这种材料的工作原理是利用共轭大π键进行了电子的传输，基于共轭有机物由于其x射线衰减系数较低，一个简短的电荷扩散长度和不同分子之间的低远程π共轭叠加使得X射线探测性质并不高，即灵敏度低和需要极高工作电压驱动，这种极高的工作电压从长远考虑在另一个方面再次造成了能源浪费和环境污染，且有机材料单晶的生长和制备一直都是一个难题，因此导致其始终无法应用于辐射探测领域。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种非金属有机钙钛矿低电压辐射探测器及其制备方法，工作稳定、可达到低检出限、高灵敏度、低驱动电压从而节能减耗。

本发明是通过以下技术方案来实现：