一种X射线探测复合材料结构及其制备方法

一种x射线探测复合材料结构及其制备方法
技术领域
1.本发明属于x射线探测材料领域，具体地说，涉及一种x射线探测复合材料结构及其制备方法。


背景技术：

2.x射线是波长介于0.01nm ~ 10 nm的光波，具有穿透性，广泛用于医学影像、无损探伤和安保等诸多领域。x射线探测材料能够将x射线转换成电信号或者光信号，因此是x射线应用的核心部件。常用的x射线探测材料可以分为光-光转换和光-电转换两种机制，一种是将x射线光子转换为可见光，再由光电倍增管进行收集转换为电信号进行处理，典型材料如掺铊碘化钠/碘化铯，钨酸铅等晶体，具有产额高，信噪比高等有点，主要缺点是探测器体积大，分辨率低；另一种将x射线光子直接转化电信号，如高纯锗、硅漂移探测器，尤其是近年来快速发展的各种新型钙钛矿材料等，其优点是体积小、分辨率高、电路简单、探测限低，是未来新型x射线探测器的主要发展方向。
3.基于溴铅铯体系的有机-无机杂化钙钛矿材料是近年来x射线探测材料的热门课题。相比于光-光转换机制，这种新型的材料体系，具备体积小、分辨率高、灵敏度高、探测限低、探测电路简单、制造成本低廉等诸多优点。但其仍然存在转化率低、噪声高、稳定性较差等问题，通过对材料体系和探测器结构的优化设计，实现更高的信噪比，更低的探测限，是目前该领域研究的重要课题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可以实现自驱动探测的x射线探测复合材料结构及其制备方法，本发明具有制备方法简单、成本低、易集成、高灵敏度和低检出剂量下限等优点。
5.本发明所采用的技术方案如下：本发明的x射线探测复合材料结构由导电衬底(ito玻璃)、氧化镍(niox)纳米结构、溴化铅甲脒(mapbbr3)单晶和上电极组成。
6.具体为：一种x射线探测复合材料结构，采用ito/nio
x
/fapbbr3/ag的复合结构，其中nio
x
为氧化镍纳米结构，x取值范围为0.9-1.1，fapbbr3为溴化铅甲脒钙钛矿结构单晶。氧化镍纳米颗粒的成分由化学组分精确控制，其薄膜厚度由旋涂工艺精确控制。
7.作为优选的，在上述的x射线探测复合材料结构中，所述nio
x
氧化镍纳米结构为纳米薄膜或纳米线。
8.作为优选的，在上述的x射线探测复合材料结构中，所述fapbbr3为溴化铅甲脒钙钛矿结构单晶的厚度范围为100纳米至5毫米。fapbbr3单晶厚度可由生长时间控制。
9.上述x射线探测复合材料结构的制备方法，包括如下步骤：（1）氧化镍纳米结构的制备：用液相反应法制备nio
x
氧化镍纳米颗粒，通过超声波震荡将纳米颗粒分散到酒精中形成悬浊液，将悬浊液旋涂到ito玻璃上并退火形成氧化镍
纳米结构薄膜；（2）溴化铅甲脒前驱液制备：在90℃下将醋酸铅三水化合物和醋酸甲脒溶解于氢溴酸中，形成饱和溶液，缓慢降温到60℃，收集溶液所析出的溴化铅甲脒单晶颗粒并用甲醇清洗，溶于二甲基甲酰胺中形成前驱液；（3）将步骤（1）所得的具有氧化镍纳米结构薄层的ito衬底置于步骤（2）所制备的前驱液中，在60℃下维持恒温一段时间，形成ito/nio
x
/fapbbr
3 复合结构，在75~100℃下退火，退火时间为2~48小时；退火温度和时间对x射线探测限灵敏度有显著影响。
10.（4）将步骤（3）所得的复合结构蒸镀上银电极形成最终的x射线探测复合材料结构。
11.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：（1）本发明的x射线探测复合材料结构，具备自驱动探测x射线的能力，即无需外部偏压，即可将入射的x射线转换为电流和电压信号。可探测的x射线能量范围为1 kev至 100 kev；可探测的x射线最低剂量率为小于173 ngy
airs−1。
12.（2）本发明的x射线探测复合材料结构具有极低的剂量率探测下限，同时具有高探测灵敏度。
13.（3）本发明的x射线探测复合材料结构具有极高的响应速度，衰减时间低于200纳秒。
14.（4）本发明的x射线探测复合材料结构具备高密度集成的潜力，可制成高分辨率的x射线探测阵列。
15.（5）本发明的x射线探测复合材料结构料的制备工艺适合于工业化大规模生产，成本低廉，可于x射线探测、x射线成像、光传感器等诸多领域，具有很高的应用潜力。
附图说明
16.图1
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x射线探测复合材料结构示意图；图2
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x射线探测复合材料结构的剂量响应；图3x射线探测复合材料结构的探测剂量率下限。
具体实施方式
17.下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
18.实施例1：（1）将高纯0.01mol nicl2·
6h2o 溶于20 ml 去离子水中，充分磁搅拌均匀，逐步滴入10 mol/l的naoh溶液至ph值大于10。用去离子水和离心方法反复清洗白色生成物若干次，再将生成物置于80℃烘箱内12小时，生成黑色氧化镍纳米颗粒nio
1.02
。
19.（2）将10 mmol 醋酸铅三水化合物和10 mmol醋酸甲脒溶于氢溴酸中，保持磁搅拌并升温至90℃保持1-2小时。缓慢降温可以得到红色溴化铅甲脒单晶颗粒从溶液中析出。
20.（3）将步骤（2）所述红色溴化铅甲脒单晶颗粒与溶液分离，并用甲醇多次清洗，溶于0.5 g/ml的二甲基甲酰胺形成晶体前驱液。
21.（4）将步骤（1）所产生的氧化镍纳米颗粒溶于酒精，用超声波振荡形成均匀的纳米
颗粒悬浊液，将该悬浊液旋涂于清洗干净的ito玻璃上，旋转速度为3000 rpm， 时间40秒，旋涂后的ito玻璃放置于80℃烘箱内1小时形成ito/nio
1.02
结构。
22.（5）将步骤（4）所产生的 ito/nio
1.02
结构放置于步骤（3）所产生的前驱液中，保持60℃恒温6小时，形成ito/nio
1.02
/fapbbr3复合结构，在80oc下退火2小时。
23.（6）将步骤（5）所产生的ito/nio
1.02
/fapbbr3复合结构蒸镀上银电极，形成最终的x射线探测复合材料结构。
24.本实施例制备的x射线探测复合材料的结构示意图如图1所示。
25.本实施例制备的x射线探测复合材料，在不同照射剂量x射线的照射下，所产生的电流如图2所示，显示该复合材料无需外部偏压，即可将入射的x射线转换为电流和电压信号。
26.实施例2：（1）将高纯0.01mol nicl2·
6h2o 溶于20 ml 去离子水中，充分磁搅拌均匀，逐步滴入10 mol/l的naoh溶液至ph值等于9。将清洗干净的ito玻璃与上述配置好的溶液共同置于水热釜中，在200℃下维持10小时，ito玻璃表面形成黑色氧化镍nio
0.98
纳米线薄层，用去离子水反复清洗若干次，置于80℃烘箱内12小时。
27.（2）将10 mmol 醋酸铅三水化合物和10 mmol醋酸甲脒溶于氢溴酸中，保持磁搅拌并升温至90℃保持1-2小时。缓慢降温可以得到红色溴化铅甲脒单晶颗粒从溶液中析出。
28.（3）将步骤（2）所述红色溴化铅甲脒单晶颗粒与溶液分离，并用甲醇多次清洗，溶于0.5 g/ml的二甲基甲酰胺形成晶体前驱液。
29.（5）将步骤（1）所产生的 ito/nio
0.98
结构放置于步骤（3）所产生的前驱液中，保持60℃恒温6小时，形成ito/nio
0.98
/fapbbr3复合结构，在80oc下退火2小时。
30.（6）将步骤（5）所产生的ito/nio
0.98
/fapbbr3复合结构蒸镀上银电极，形成最终的x射线探测复合材料结构。
31.本实施例制备的x射线探测复合材料的结构示意图如图1所示，与实施例1不同之处在于nio
0.98
薄膜表层与fapbbr3接合处有nio
0.98
纳米线，长度介于500纳米到10微米之间，直径介于50纳米到200纳米之间。
32.本实施例制备的x射线探测复合材料实验结果显示，该复合材料无需外部偏压，即可将入射的x射线转换为电流和电压信号，测得该结构的探测剂量率下限为173 ngy
airs−1如图3所示，且转换效率高于实施例1样品。