[发明专利]零维有机锰基金属卤化物β射线闪烁体及其制备方法

说明书

本发明属于闪烁体材料制备与高能射线探测领域，公开了一种零维有机锰基金属卤化物β射线闪烁体及其制备方法，其中β射线闪烁体的化学通式为A₂MnBr₄，其中，A为甲基三丁基胺根离子(C₁₃H₃₀N⁺)或苄基三丁基胺根离子(C₁₉H₃₄N⁺)中的任意一种，Mn为二价锰离子Mn²⁺。可通过室温溶剂挥发法制备得到单晶，利用超声破碎法制备得到纳米晶以及纳米晶柔性复合膜β射线闪烁体。本发明与现有技术相比，能够有效扩展β射线闪烁体的种类，且具有高效环保，稳定，对高能电子束的耐辐照性强，荧光量子产率高，无自吸收等特点。并且，本发明制备工艺简单，成本低，能够实现大规模工业化生产。基于本发明制备的纳米晶柔性复合膜，尤其可应用于柔性β射线探测。

技术领域

本发明属于闪烁体材料制备与高能射线探测领域，更具体地，涉及一种零维有机锰基金属卤化物β射线闪烁体及其制备方法。

背景技术

核反应主要释放四种类型的高能射线：α射线，β射线，γ射线和中子射线。其中，具有适中穿透能力的β射线(也被称为高能电子)是用于监测表面辐射污染的重要信号。其中一种常见的核辐射射线探测方式是先利用闪烁体将其转变成可见光，再用商业上成熟的高性能光探测器分析该可见光信号，从而对核辐射进行监控。从闪烁体材料的角度，β射线闪烁体的要求与X/γ射线闪烁体的要求截然不同，后者需要高原子序数元素以增强吸收，而β射线闪烁体则需要低原子序数元素以增强对β粒子的捕获效率，从而增强闪烁体的荧光响应。此外，β射线闪烁体中的低原子序数元素也可以抑制来自X/γ射线的背景干扰信号。

然而，大多数传统无机闪烁体，如：Tl掺杂NaI(NaI:Tl)和CsI(CsI:Tl)等都需要昂贵复杂的高温制备工艺，如采用Czochralski单晶提拉法其制备温度高达1700℃，且含有重元素不利于对β粒子的吸收。而有机闪烁体如蒽，对三联苯等虽然增强了对β粒子的捕获效率但在高能电子束的辐照下很快分解，稳定性很差，因此，研发新型β射线闪烁体具有重要意义。

现有技术中已有研究人员得到了基于锰掺杂二维卤素钙钛矿β射线闪烁体(可参见中国专利文献CN110526824A)，但是：(1)这一类二维卤素钙钛矿β射线闪烁体含有重金属元素铅Pb，有毒，不利于商业化应用；(2)由于含有重元素Pb，其原子序数高达82，增强了对入射β粒子的背弹性散射作用进而导致材料对β粒子的捕获效率大大降低；(3)该专利报道中以锰离子作为掺杂剂在二维卤素钙钛矿中作为发光中心，然而由于锰离子掺杂剂的含量很少，仅为0.31％，因此材料的发光效率较低仅为60％；(4)该专利报道中的这类锰掺杂二维卤素钙钛矿β射线闪烁体材料制备工艺复杂，需要先利用高温加热、多次离心分离、真空干燥等得到二维卤素钙钛矿沉淀，然后再将此沉淀与溴化锰混合并充分研磨以及高温退火处理得到终产物，制备过程复杂繁琐需要高温处理，不利于工业化生产；(5)该专利报道中的这类锰掺杂二维卤素钙钛矿β射线闪烁体材料得到的终产物呈粉末状态，形态单一，在实际应用中不利于与光探测器集成用来探测β射线。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种零维有机锰基金属卤化物β射线闪烁体及其制备方法，得到有机-无机杂化的零维有机锰基金属卤化物β射线闪烁体，可通过室温溶剂挥发法制备得到单晶，通过对单晶结构解析得到零维有机锰基金属卤化物的晶体结构，利用超声破碎法制备出相应的纳米晶，将纳米晶与聚合物混合制备出纳米晶柔性复合膜，上述制备得到的单晶、纳米晶、纳米晶柔性复合膜都展现出高效的β射线闪烁性能，与现有技术相比能够有效扩展β射线闪烁体的种类与形态，实现了单晶、纳米晶、纳米晶柔性复合膜三种形态的β射线闪烁体，且具有高效环保，无重金属元素，稳定性高，荧光量子产率高达97％，含有轻元素C、H、N对β射线捕获率高等优点。并且，本发明制备工艺简单，成本低，能够实现大规模工业化生产，在高能射线探测领域拥有广阔的应用前景。