[发明专利]一种CuI:Cl-PS复合闪烁体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种CuI:Cl‑PS复合闪烁体及其制备方法和应用，包括以下步骤：将CuI与CuCl粉末按一定比例充分研磨混合；将混合粉末放置于管式退火炉中进行固相反应，使用氩气作为保护气氛；取出反应后的CuI:Cl粉末并进行研磨、干燥；将CuI:Cl和聚苯乙烯粉末倒入一定量的甲苯中，充分搅拌至PS粉末完全溶解；将混合物倒入模具中，密封保存；将模具放入通风橱中，进行蒸发干燥；对干燥后的复合物进行脱模、切割和抛光；将复合片放入干燥箱中进行退火，最终得到CuI:Cl‑PS复合闪烁体。与现有技术相比，本发明具有制备方法简单、对设备要求低、发光稳定性好等优点。所制备的CuI:Cl‑PS复合闪烁体可用于超快硬X射线的探测与成像。

技术领域

本发明涉及属于X射线探测与成像技术领域，具体涉及一种CuI:Cl-PS复合闪烁体及其制备方法和应用。

背景技术

随着高能物理实验装置的发展，例如自由电子激光器(XFEL)，惯性约束核聚变装置(ICF)和极端条件下辐射与物质相互作用(MaRIE)计划等，提出了对超快硬X射线进行探测和成像的需求。目前，国内外对X射线探测多采用硅基半导体进行直接探测，该类探测器能够很好满足帧频10MHz、15keV以下的X射线探测需求，但对于超快硬X射线的探测仍具有很大的局限性。

要对超快硬X射线进行探测和成像涉及到两个关键因素：时间分辨率和截止本领。无机闪烁材料对高能X射线的能量沉积效率高，且亚纳秒超快闪烁体的衰减时间有利于避免信号堆积，从而提升对硬X射线探测的时间分辨率。目前有望用于超快硬X射线探测的无极闪烁材料主要有铯铅卤钙钛矿(CsPbX₃,X＝Cl,Br,I)，氟化钡(BaF₂)，氧化锌(ZnO)和伽马碘化亚铜(γ-CuI)等。其中CsPbX₃纳米晶的荧光量子效率高，发光波长可调，衰减时间与其组份和尺寸有关，可达到亚纳秒量级。但是目前铯铅卤钙钛矿仍有许多问题需要解决，如稳定性低，闪烁发光机理不明确等。BaF₂具有快慢两个发光成份，通过钇掺杂有效抑制了其慢发光成份，但其慢发光仍较强，需进一步研究。ZnO材料同样具有快慢两个发光成份，且通过氢气退火可以基本抑制其慢发光，有望应用于各类辐射探测，但是其晶体材料存在严重自吸收，使光产额急剧下降，限制了其应用。γ-CuI材料在410-430nm处具有超快的近带边发光，衰减时间约130ps，同时在680-720nm处具有深能级发光，发光时间约100ns以上，通过对γ-CuI粉末进行Cl掺杂，几乎可以完全抑制慢发光成份，改善其发光性能，但是γ-CuI材料目前仍具有发光劣化严重，晶体自吸收较强等问题。

目前国内外尚未有将γ-CuI与有机材料复合，且大幅改善发光劣化问题的报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于超快硬X射线探测，时间分辨率高，发光稳定性好，机械性能好，结构简单，易制备且成本低的CuI:Cl-PS复合闪烁体及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的闪烁体以CuI粉末为基础，通过固相反应法对其进行Cl掺杂，达到完全抑制深能级发光，并增强具有亚纳秒衰减时间的近带边发光，极大优化其发光性能的目的。另外，通过溶解蒸发法将CuI:Cl粉末与PS材料复合，获得大尺寸薄片型闪烁体，可有效改善CuI材料在空气中发光劣化的问题，符合未来超快硬X射线探测的需求，具有重要的科学意义和应用价值，具体方案如下：

一种CuI:Cl-PS复合闪烁体的制备方法，该方法利用固相反应法对CuI粉末进行Cl掺杂制得CuI:Cl粉末，然后利用溶解蒸发法将CuI:Cl粉末与聚苯乙烯(PS)材料复合，最后通过退火处理制得CuI:Cl-PS复合闪烁体。

进一步地，该方法包括以下步骤：

(1)利用固相反应法对CuI粉末进行Cl掺杂，得到CuI:Cl粉末；