[发明专利]基于钙钛矿纳米晶的γ射线闪烁转换屏的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于钙钛矿纳米晶的全可见光谱、快速γ射线闪烁转换屏及其制备方法，首次解决了钙钛矿纳米晶体不能探测γ射线和传统闪烁体发光波长不可调节的问题。钙钛矿纳米晶为CsPbX₃(Cl,Br,I)，选用基底为BaF₂单晶闪烁体，公开了一种CsPbX₃NCs@BaF₂闪烁转换屏的新结构。CsPbX₃NCs@BaF₂闪烁转换屏对γ射线具有非常有效的响应，在¹³⁷Csγ射线源激发下的光产额为6300光子/MeV，γ射线衰减时间约为11ns，是实现快时间分辨率和全可见光谱γ射线探测的理想闪烁材料。本发明还将作为基底的闪烁体扩展到CeF₃、LuAlO₃:Ce(LuAP:Ce)、YAlO₃:Ce(YAP:Ce)或ZnO:Ga等，它们结合钙钛矿材料，同样可以实现全色发射和高效γ射线探测。

技术领域

本发明涉及高能物理和辐射探测技术领域，更具体地说，它涉及一种基于钙钛矿纳米晶的γ射线闪烁转换屏的制备方法及其闪烁转换屏。

背景技术

由于闪烁体材料具有高密度和重原子序数，它们对高能粒子或射线(例如α粒子，β射线，X射线和γ射线)具有很强的截止能力，在医学成像，安全检查和高能粒子检测等领域发挥着重要作用。但是，商用闪烁体(例如Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)，PbWO₄，BaF₂，CsI:Tl和YAlO₃:Ce(YAP：Ce)等)具有固定的发光波长，并且大部分在紫外波段，通常的光电倍增管(PMT)对紫外波段的发光探测效率较低，因此一些特定的闪烁体的辐射发光通常需要特定的PMT进行探测。此外，随着大规模科学设施和实验的发展，例如极端物质辐射相互作用(MaRIE)，惯性约束聚变(ICF)和Mu2eMu3e实验等，当探索一些超快的物理事件时，对闪烁体提出了快时间分辨率的要求。开发具有合适发射波长和快时间分辨率的新型闪烁体显得尤为迫切。

近年来，由于钙钛矿材料的制备成本低、发光波长可调、光产额高、衰减时间快、灵敏度高、检测限低和对X射线截止能力强，已被用作X射线检测和成像的新型闪烁材料。然而，CsPbX₃单晶在室温下的光产率极低(低于1000光子/MeV)，限制了其商业应用。与此相反，CsPbX₃纳米晶通过量子限制效应表现出了较高的光产额。此外，与CsPbX₃单晶相比，CsPbX₃纳米晶具有发光波长更易调节、衰减更快、成本更低等优点。但是，钙钛矿纳米晶由于密度小而无法检测到能量更高的γ射线。因此，为了解决传统闪烁体发光波长固定、钙钛矿纳米晶闪烁体无法检测γ射线的问题，本研究领域亟待研究一种能够具备发光波长可调、闪烁衰减时间快、可探测γ射线的综合性能优异的闪烁体。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于钙钛矿纳米晶的γ射线闪烁转换屏的制备方法，全可见光谱、快时间分辨率、可探测γ射线的钙钛矿纳米晶闪烁转换屏(CsPbX₃NCs@BaF₂)的制备方法,首次解决了钙钛矿纳米晶体不能探测γ射线的问题。由于BaF₂对γ射线具有显著的截止和探测能力，而CsPbX₃纳米晶体已被证明能够实现全可见光谱发射，从而实现全可见光谱γ射线探测。综合传统闪烁体探测γ射线和钙钛矿纳米晶发光波长可调的优势，可以将高能γ射线转化成波长可调节的可见光，从而被多种型号的PMT探测，也为制备高效的γ射线探测及全可见光谱闪烁体提供一种解决方案和新思路。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

基于钙钛矿纳米晶的γ射线闪烁转换屏的制备方法，包括以下步骤：用可探测γ射线、辐射发光为紫外光的单晶闪烁体作为基底，然后将CsPbX₃(X＝Cl,Br,I)纳米晶旋涂在单晶闪烁体表面，形成γ射线闪烁转换屏。