基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体及其制备方法与流程

本发明涉及辐射探测领域，具体涉及基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体及其制备方法。

背景技术：

1、闪烁体是核辐射探测中应用最广泛的材料之一，在辐射成像以及瞬态脉冲辐射测量等领域中具有难以替代的优势。发光产额和衰减时间是衡量闪烁体材料性能优劣的重要参数指标，二者分别反映了闪烁体材料将辐射转化为可探测光信号的效率以及对瞬态脉冲辐射的响应速度；常见的闪烁体材料通常面对着发光产额和衰减时间之间的取舍，即快响应闪烁体，如zno、gan、cui等，其发光效率一般较低。

2、造成闪烁体发光效率低的一个重要原因是超快闪烁体的激发光谱与吸收光谱具有较大的重合区域，导致吸收射线发出的光在向外界传输的过程中被闪烁体本身吸收，造成严重的自吸收现象，大大降低其外量子产率。通过降低闪烁体的厚度可以降低其自吸收程度，但是对于高能射线而言，由于其穿透能力强，需要足够厚度的探测体积以实现较高的探测效率；于是现有的超快闪烁体面临着外量子效率和探测效率之间的矛盾冲突。如何有效解决超快闪烁体发光效率与探测效率之间的矛盾关系、提高整体的外量子产率是优化超快闪烁体的关键。

技术实现思路

1、本发明为解决现有超快闪烁体面临发光效率与探测效率难以兼顾的问题，而提出基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体及其制备方法。

2、本发明的设计思路为：将钙钛矿量子点材料作为夹层或涂层引入到闪烁体材料中，形成多级叠层的转换结构，将闪烁体吸收辐射产生的短波长光通过钙钛矿的波长转换作用转化为长波长光，可以有效减少光子在闪烁体内部的自吸收，从而提升整体的外量子产率，有效解决超快闪烁体发光效率与探测效率之间的矛盾关系。

3、为实现上述目的，本发明提出的技术解决方案为：

4、基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，包括闪烁体和钙钛矿量子点，其特殊之处在于：

5、闪烁体为n层，n层闪烁体作为射线吸收层；钙钛矿量子点为n+1层，n+1层钙钛矿量子点作为波长转换层；

6、所述n+1层钙钛矿量子点与n层闪烁体依次交替叠放形成多层闪烁体；

7、所述多层闪烁体的外表面设置有透明有机高分子封装层。

8、进一步地，所述闪烁体为zno、gan、cui的任意一种或以zno、gan、cui任意一种为基底的掺杂改性的闪烁体材料。

9、进一步地，各层所述闪烁体的厚度为0.2mm-0.5mm。

10、进一步地，所述钙钛矿量子点为cspbx3量子点，其中x为cl、br、i或其中任意二者组合。

11、进一步地，各层所述钙钛矿量子点的厚度为200nm-400nm。

12、进一步地，所述封装层为环氧树脂封层。

13、进一步地，所述闪烁体的层数n满足下式：

14、

15、其中：iout为出射光的强度，n为闪烁体的层数，i表示从射线辐射方向开始第i层闪烁体，ia为入射x射线的初始强度，μ为闪烁体对x射线的吸收系数，d为每层闪烁体的厚度，a4为转换光穿过每一层闪烁层和钙钛矿量子点的透射效率，所述转换光是指钙钛矿量子点吸收闪烁体发出的光后重新发出的光。

16、同时，本发明还提出了基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体的制备方法，其特殊之处在于，包括下述步骤：

17、步骤一、对闪烁体晶体表面进行磨抛处理，然后将磨抛后的闪烁体晶体进行清洗烘干；

18、其中，通过机械磨抛和化学磨抛的方式根据调整闪烁体晶片厚度，并降低无机闪烁体的表面粗糙度，将磨抛后的闪烁体晶片依次用酒精和去离子水清洗后吹干；

19、步骤二、将钙钛矿量子点加入到有机溶液中进行溶解、过滤，然后再加入到有机配体溶液中形成钙钛矿量子点前驱体溶液；

20、其中，钙钛矿量子点为pbx2和csx其中，x为cl、br、i的任意一种化合物，将pbx2和csx(x＝cl、br、i)按照设定比例加入dmf溶剂中搅拌溶解，过滤后加入有机配体溶液形成前驱体溶液；

21、步骤三、采用薄膜静电喷涂的方式，将钙钛矿量子点前驱体溶液均匀的喷涂在闪烁体表面，然后将喷涂后的闪烁体叠层放置形成多层闪烁体；

22、其中将无机闪烁体放置在加热台上，设置合适温度。将前驱体溶液利用注射器通过管道以固定速率推送到超声喷头上，调整超声喷头的距离与移动速度，将前驱体溶液均匀喷涂在闪烁体的表面；

23、步骤四、对叠层放置后的多层闪烁体进行干燥处理，然后将干燥后的多层闪烁体放置在透明有机高分子封装材料中进行固化，最终形成基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体。

24、将喷涂结束后的闪烁体立即进行叠层放置，然后将多层闪烁体放置在负压、高温环境中将多余溶剂挥发，进行干燥处理，将干燥后的多层闪烁体放置于模具中，向其中倒入低荧光透明有机高分子封装材料，室温下待其固化，形成完整的钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体。

25、进一步地，步骤二中，所述有机溶液为二甲基酰胺溶剂；

26、所述有机配体溶液为十二烷基苯磺酸。

27、进一步地，步骤三中具体为：采用薄膜静电喷涂的方式，对第一层闪烁体进行双面喷涂，其余层的闪烁体进行单面喷涂，相邻闪烁体的喷涂面与未喷涂面叠层放置。

28、本发明的有益效果：

29、【1】本发明将钙钛矿量子点材料作为夹层或涂层引入到闪烁体材料中，形成多级叠层的转换结构，使用钙钛矿量子点作为光波长转换层，将闪烁体的短波长的光转化为长波光，可以显著减少其原本的自吸收现象带来的出光效率的损失，提升整体的外量子产率，有效减少光子在闪烁体内部的自吸收。

30、【2】本发明采用钙钛矿量子点为涂层，作为闪烁体与空气之间的缓冲层，降低了闪烁体因全反射而导致的出光效率损失。

31、【3】本发明通过在闪烁体表面制备钙钛矿量子点薄膜，将多个带有钙钛矿量子点光转换涂层的薄层闪烁体进行叠加组合，提升其整体厚度，不仅具有对高能射线具备良好阻挡能力，同时还具有较大的外量子效率。

32、【4】本发明多级叠层闪烁体的外表面设置透明有机高分子封装层，可以有效减少钙钛矿量子点材料与空气中水氧的接触，有利于提升其长期的工作稳定性。

33、【5】本发明使用喷涂法制备钙钛矿量子点涂层以及夹层，其制备过程简单可重复，对原本的闪烁体表面无损伤，钙钛矿量子点涂层可以通过化学方法剥离，实现超快闪烁体的重复利用。

技术特征：

1.基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，包括闪烁体(1)和钙钛矿量子点(2)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，其特征在于：所述闪烁体(1)为zno、gan、cui的任意一种或以zno、gan、cui任意一种为基底的掺杂改性的闪烁体材料。

3.根据权利要求2所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，其特征在于：各层所述闪烁体(1)的厚度为0.2mm-0.5mm。

4.根据权利要求1-3任一所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，其特征在于：所述钙钛矿量子点(2)为cspbx3量子点，其中x为cl、br、i或其中任意二者组合。

5.根据权利要求4所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，其特征在于：各层所述钙钛矿量子点(2)的厚度为200nm-400nm。

6.根据权利要求5所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，其特征在于：所述封装层(3)为环氧树脂封层。

7.根据权利要求6所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，其特征在于，所述闪烁体(1)的层数n满足下式：

8.权利要求1-7任一所述的基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

9.根据权利要求8所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述有机溶液为二甲基酰胺溶剂；

10.根据权利要求9所述基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体的制备方法，其特征在于：步骤三中具体为：采用薄膜静电喷涂的方式，对第一层闪烁体(1)进行双面喷涂，其余层的闪烁体(1)进行单面喷涂，相邻闪烁体(1)的喷涂面与未喷涂面叠层放置。

技术总结
本发明涉及辐射探测领域，为解决现有超快闪烁体发光效率与探测效率之间的矛盾关系，由于其晶体内部的自吸收效应导致闪烁体外量子产率的降低的问题，而提出基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体，包括闪烁体和钙钛矿量子点，闪烁体为N层，N层闪烁体作为射线吸收层；钙钛矿量子点为N+1层，N+1层钙钛矿量子点作为波长转换层；N+1层钙钛矿量子点与N层闪烁体依次交替叠放形成多级叠层闪烁体；多级叠层闪烁体的外表面设置有透明有机高分子封装层；可以有效减少光子在闪烁体内部的自吸收，提升整体的外量子产率，有效解决闪烁体的发光效率与探测效率难以兼顾的问题；本发明还提出了基于钙钛矿量子点移波效应的多级叠层闪烁体的制备方法。

技术研发人员：王方宝,何世熠,陈亮,李洋,张斯龙,欧阳晓平
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25