基于CsPbBr3纳米晶的新型闪烁体制备及性能研究

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闪烁材料是一种可将高能电离辐射(α,β,γ,X-ray等)转换成紫外光或可见光的能量转换发光材料,在核物理、原子能、核医学成像、工业探测、中子探测、环境监测等领域具有极其重要的作用。随着X射线成像和检测技术的快速发展,传统的闪烁体性能难以满足需求,因此探索新型闪烁体已成为急需解决的问题。近年来,卤化物钙钛矿量子点CsPbX3(X=Br,Cl,I)以其快衰减、低检测极限、颜色可调谐等优势,被认为是最具前景的新型闪烁材料,引起了研究人员的广泛关注。然而,卤化物钙钛矿量子点的稳定性较差,易受光、热等环境因素影响,严重制约了其实际应用。所以,研发具有优良稳定性、高光产、快衰减、低成本的卤化物钙钛矿量子点闪烁体具有重要的学术意义和实用价值。本文首先概述了闪烁体的基本原理及性能要求,调研和总结了近年来闪烁材料的国内外研究进展。在此基础上,以CsPbBr3纳米晶为研究对象,利用玻璃基质对纳米晶进行包覆,有效的提高了卤化物钙钛矿纳米晶的稳定性。此外,制备了聚苯乙烯和硼硅酸盐玻璃两种基质包覆的新型CsPbBr3纳米晶闪烁材料,并对其性能进行了表征。主要研究内容如下:(1)以CsPbX3(X=Br,Cl,I)量子点作为新型移波剂,将其和闪烁物质2,5-二苯基恶唑(PPO)分散在正己烷中,制成波长可调谐的(红/绿/蓝)新型有机液体闪烁体。由于CsPbBr3量子点与闪烁物质PPO之间高效的能量传递效应,提高了闪烁体在X射线照射下的辐射发光(XEL)强度。同时,为解决CsPbBr3量子点在有机溶剂中稳定性差的问题,通过热聚合法制备了聚苯乙烯封装的CsPbBr3量子点新型闪烁体,并对其闪烁性能进行了系统性的表征。(2)为解决聚合物易老化和不耐高温的缺陷,采用高温熔融法制备了硼硅酸盐玻璃封装的CsPbBr3纳米晶新型闪烁材料。研究了热处理温度和时间对材料性能的影响,测试了封装后CsPbBr3纳米晶的稳定性,并系统的表征了所制备的新型闪烁材料的闪烁性能。(3)为解决玻璃基质所吸收的部分X射线能量不能有效传递给CsPbBr3纳米晶的问题,通过在硼硅酸盐玻璃基质中引入Ce3+,制备了Ce3+掺杂硼硅酸盐玻璃封装的CsPbBr3纳米晶新型闪烁材料。发现Ce3+的引入能有效的将玻璃基质吸收的X射线能量转移给CsPbBr3纳米晶,从而提高微晶玻璃的XEL及量子效率(QE)。同时研究了Ce3+的最佳掺杂浓度,分析对比了掺杂前后闪烁材料的性能变化。
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