一种化合物单晶及其制备方法和应用、闪烁体探测器

1.本发明涉及高性能闪烁体材料技术领域，尤其涉及一种化合物单晶及其制备方法和应用、闪烁体探测器。


背景技术：

2.闪烁体探测器是通过闪烁体吸收x射线并通过光电效应、康普顿散射、电子对效应这三种作用方式产生电子空穴对并通过辐射复合发出可见或紫外光子，然后通过和闪烁体耦合在一起的成像面板接收到闪烁体产生的光子进行成像。作为闪烁体探测器的核心，闪烁体是一种吸收高能粒子的能量后能够释放光子的材料。目前市场上主流的闪烁体材料包括csi/nai：t1、pbwo4、bi4ge3o
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(bgo)等。然而这些材料各自具有含有剧毒元素、余晖时间长、衰减寿命长、制备工艺复杂、稳定性差等缺点，距离理想的闪烁体仍然有一定的差距。因此，开发无毒、价格低廉、光产额高、稳定性好、衰减寿命短的闪烁材料具有重大的研究意义。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种化合物单晶及其制备方法和应用、闪烁体探测器，以部分或者全部的解决上述技术问题。
4.第一方面，本技术提供了一种化合物单晶，所述单晶的化学通式为：a5b3x6x`2或a5b3x7x`1，其中，a表示一价碱金属阳离子，b表示一价过渡金属阳离子，x和x`表示一价卤素阴离子，且x和x`为不同元素，所述化合物单晶的晶体结构为一维链状型。
5.可选的，所述一价碱金属阳离子包括k

、rb

、cs

中的至少一种。
6.可选的，所述一价过渡金属阳离子包括cu

、ag

中的一种。
7.可选的，所述一价卤素阴离子包括f-、cl-、br、i-中的一种。
8.第二方面，本技术提供了一种第一方面所述的化合物单晶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
9.以摩尔比为3∶3∶2或4∶3∶1的ax、bx和ax’为原料，混合后通过熔融，得到化学通式满足a5b3x6x
’2a5b3x7x
’1的单晶。
10.可选的，所述熔融的方式包括：垂直布里奇曼法和提拉法。
11.第三方面，本技术提供了一种第一方面所述的化合物单晶作为闪烁体材料的应用。
12.第四方面，本技术提供了一种x射线闪烁体探测器，其特征在于，所述x射线闪烁体探测器的闪烁体材料为第一方面所述的化合物单晶制得。
13.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
14.本技术实施例提供一种化合物单晶，所述单晶的化学通式为：a5b3x6x`2或a5b3x7x`1，其中，a表示一价碱金属阳离子，b表示一价过渡金属阳离子，x和x`表示一价卤素阴离子，且x和x`为不同元素，所述化合物单晶的晶体结构为一维链状型。该化合物单晶得结构
特性为一维晶体结构，该结构特性的化合物单晶作为闪烁材料具有强的激子限域效果，以使拥有优异的发光性能。
附图说明
15.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本技术中化合物单晶a5b3x6x`2或a5b3x7x`1的晶体结构图。
具体实施方式
18.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.第一方面，本技术提供了一种化合物单晶，所述单晶的化学通式为：a5b3x6x`2或a5b3x7x`1，其中，a表示一价碱金属阳离子，b表示一价过渡金属阳离子，x和x`表示一价卤素阴离子，且x和x`为不同元素，所述化合物单晶的晶体结构为一维链状型。
20.在一些实施方式中，所述一价碱金属阳离子包括k

、rb

、cs

中的至少一种。
21.在一些实施方式中，所述一价过渡金属阳离子包括cu

、ag

中的一种。
22.在一些实施方式中，所述一价卤素阴离子包括f-、cl-、br-、i-中的一种。
23.下面将结合实施例及实验数据对本发明的方法进行详细说明。
24.实施例1
25.一种化合物单晶cs5cu3cl6i2作为闪烁体材料的闪烁体探测器的制备步骤如下：
26.步骤1：于手套箱中称量2.0208g高纯氯化铯(cscl，99.99％)、1.1880g高纯氯化亚铜(cucl，99.999％)和2.0784g高纯碘化铯(csi，99.99％)于研钵中，混合研磨均匀后倒入石英安瓿中；
27.步骤2：将装有混合粉末的石英安瓿于气压为10pa的真空环境中进行密封；
28.步骤3：将密封好的石英安瓿放置在垂直布里奇曼生长炉中，生长温度设置为330℃，温度梯度为20℃/cm，生长速度为0.5mm/h；
29.步骤4：晶体生长完成后，采用分级冷却在24小时内将炉温冷却至室温，避免在冷却过程中晶体内部产生较大的热应力导致产生大量缺陷；
30.步骤5：降至室温后，取出晶体通过光耦和胶和光电探测器耦合在一起。
31.实施例2
32.一种化合物单晶rb5cu3cl6i2作为闪烁体材料的闪烁体探测器的制备步骤如下：
33.步骤1：于手套箱中称量1.4516g高纯氯化铷(rbcl，99.99％)、1.1880g高纯氯化亚铜(cucl，99.999％)和1.6998g高纯碘化铷(rbi，99.99％)于研钵中，混合研磨均匀后倒入石英安瓿中；
34.步骤2：将装有混合粉末的石英安瓿于气压为10pa的真空环境中进行密封；
35.步骤3：将密封好的石英安瓿放置在垂直布里奇曼生长炉中，生长温度设置为330℃，温度梯度为20℃/cm，生长速度为0.5mm/h；
36.步骤4：晶体生长完成后，采用分级冷却在24小时内将炉温冷却至室温，避免在冷却过程中晶体内部产生较大的热应力导致产生大量缺陷；
37.步骤5：降至室温后，取出晶体通过光耦和胶和光电探测器耦合在一起。
38.实施例3
39.一种化合物单晶k5cu3cl6i2作为闪烁体材料的闪烁体探测器的制备步骤如下：
40.步骤1：于手套箱中称量0.8952g高纯氯化钾(kcl，99.99％)、1.1880g高纯氯化亚铜(cucl，99.999％)和1.3288g高纯碘化钾(ki，99.99％)于研钵中，混合研磨均匀后倒入石英安瓿中；
41.步骤2：将装有混合粉末的石英安瓿于气压为10pa的真空环境中进行密封；
42.步骤3：将密封好的石英安瓿放置在垂直布里奇曼生长炉中，生长温度设置为330℃，温度梯度为20℃/cm，生长速度为0.5mm/h；
43.步骤4：晶体生长完成后，采用分级冷却在24小时内将炉温冷却至室温，避免在冷却过程中晶体内部产生较大的热应力导致产生大量缺陷；
44.步骤5：降至室温后，取出晶体通过光耦和胶和光电探测器耦合在一起。
45.实施例4
46.一种化合物单晶cs5cu3cl6br2作为闪烁体材料的闪烁体探测器的制备步骤如下：
47.步骤1：于手套箱中称量2.0208g高纯氯化铯(cscl，99.99％)、1.1880g高纯氯化亚铜(cucl，99.999％)和1.7024g高纯溴化铯(csbr，99.99％)于研钵中，混合研磨均匀后倒入石英安瓿中；
48.步骤2：将装有混合粉末的石英安瓿于气压为10pa的真空环境中进行密封；
49.步骤3：将密封好的石英安瓿放置在垂直布里奇曼生长炉中，生长温度设置为330℃，温度梯度为20℃/cm，生长速度为0.5mm/h；
50.步骤4：晶体生长完成后，采用分级冷却在24小时内将炉温冷却至室温，避免在冷却过程中晶体内部产生较大的热应力导致产生大量缺陷；
51.步骤5：降至室温后，取出晶体通过光耦和胶和光电探测器耦合在一起。
52.实施例5
53.一种化合物单晶rb5cu3cl6br2作为闪烁体材料的闪烁体探测器的制备步骤如下：
54.步骤1：于手套箱中称量1.4516g高纯氯化铷(rbcl，99.99％)、1.1880g高纯氯化亚铜(cucl，99.999％)和1.3229g高纯溴化铷(rbbr，99.99％)于研钵中，混合研磨均匀后倒入石英安瓿中；
55.步骤2：将装有混合粉末的石英安瓿于气压为10pa的真空环境中进行密封；
56.步骤3：将密封好的石英安瓿放置在垂直布里奇曼生长炉中，生长温度设置为330℃，温度梯度为20℃/cm，生长速度为0.5mm/h；
57.步骤4：晶体生长完成后，采用分级冷却在24小时内将炉温冷却至室温，避免在冷却过程中晶体内部产生较大的热应力导致产生大量缺陷；
58.步骤5：降至室温后，取出晶体通过光耦和胶和光电探测器耦合在一起。
59.实施例6
60.一种k5cu3cl6br2闪烁体探测器的制备步骤如下：
61.步骤1：于手套箱中称量0.8952g高纯氯化钾(kcl，99.99％)、1.1880g高纯氯化亚铜(cucl，99.999％)和0.9520g高纯溴化钾(kbr，99.99％)于研钵中，混合研磨均匀后倒入石英安瓿中；
62.步骤2：将装有混合粉末的石英安瓿于气压为10pa的真空环境中进行密封；
63.步骤3：将密封好的石英安瓿放置在垂直布里奇曼生长炉中，生长温度设置为330℃，温度梯度为20℃/cm，生长速度为0.5mm/h；
64.步骤4：晶体生长完成后，采用分级冷却在24小时内将炉温冷却至室温，避免在冷却过程中晶体内部产生较大的热应力导致产生大量缺陷；
65.步骤5：降至室温后，取出晶体通过光耦和胶和光电探测器耦合在一起。
66.实施效果
67.对实施例1-5制得的闪烁体探测器进行性能试验，实验结果如下：
[0068] 余晖时间吸收系数密度抗辐射能力实施例10.01％@650us4.7543.8600gy@99％实施例20.01％@800us4.0933.0600gy@99％实施例30.01％@825us3.7432.7600gy@99％实施例40.01％@700us4.6343.6600gy@99％实施例50.01％@850us3.9982.9600gy@99％
[0069]
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
[0070]
(1)余晖时间短；
[0071]
(2)无毒、价格低廉；
[0072]
(3)吸收系数大、密度高、原子序数大；
[0073]
(4)抗辐射能力强、光/热/水稳定性好。
[0074]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0075]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。