本發(fā)明屬于晶體材料成像，具體涉及一種二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、工業(yè)檢測(cè)以及科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域，x射線成像技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。與此同時(shí)，科技的不斷進(jìn)步也對(duì)x射線成像的要求日益提高。傳統(tǒng)的x射線成像技術(shù)在面對(duì)快速動(dòng)態(tài)過程的檢測(cè)時(shí)越來越顯得力不從心。例如：在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，對(duì)于人體內(nèi)部器官的快速運(yùn)動(dòng)（如心臟跳動(dòng)、肺部呼吸等），低幀率的成像技術(shù)往往難以捕捉到關(guān)鍵的瞬間變化，由此可能導(dǎo)致診斷出現(xiàn)誤差；在工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備、快速的生產(chǎn)流程等的檢測(cè)，也需要更高幀率的成像技術(shù)來及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題。

2、超快閃爍體（一般指具有小于3ns衰減時(shí)間的閃爍體）的出現(xiàn)為上述問題的解決提供了新途徑。閃爍體是x射線間接探測(cè)成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，它能夠?qū)⒉豢梢姷膞射線轉(zhuǎn)化為可見光，從而被互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體電子器件或薄膜晶體管面板檢測(cè)和成像。近年來，二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍體因其高的有效原子序數(shù)、強(qiáng)的輻照發(fā)光、納秒級(jí)的衰減時(shí)間、高的穩(wěn)定性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在輻射探測(cè)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。但是，目前用于x射線成像的二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍體并不多，尤其利用其快衰減時(shí)間特性實(shí)現(xiàn)高幀率動(dòng)態(tài)x射線成像應(yīng)用的幾乎沒有。

3、閃爍單晶能夠提供更高的空間分辨率和更清晰的圖像質(zhì)量，同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高分辨率的成像應(yīng)用，需要大尺寸（厘米級(jí)）的閃爍單晶。雖然此前的部分專利等文獻(xiàn)已經(jīng)公開了二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基材料的傳統(tǒng)溶液生長方法，但是大部分工藝制備的此類材料多為用于太陽能電池或半導(dǎo)體的多晶或粉末，難以滿足x射線學(xué)成像應(yīng)用中高分辨率成像的需求，也沒有探究不同溶液生長環(huán)境對(duì)閃爍晶體的發(fā)光性能的影響。因此，二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶作為有潛力的x射線成像材料，對(duì)其制備方法和動(dòng)態(tài)x射線成像應(yīng)用的進(jìn)一步探索具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的在于提供一種二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶及其制備方法和應(yīng)用。通過調(diào)整晶體制備方法，即改變晶體生長的溶液環(huán)境，制備了發(fā)光和衰減時(shí)間可調(diào)、厘米級(jí)尺寸的二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)x射線成像，尤其利用適宜制備條件下材料的快衰減時(shí)間特性，實(shí)現(xiàn)了高幀率、無重影的動(dòng)態(tài)x射線成像。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的化學(xué)式為(had)pbcl4；其中，had表示組二胺陽離子c5h9n32+。

3、較佳地，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶發(fā)射波長400-500?nm的藍(lán)光。

4、較佳地，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的衰減時(shí)間≤2?ns。

5、較佳地，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的長度尺寸≥1?cm。

6、第二方面，本發(fā)明提供了一種上述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

7、（1）按照所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的化學(xué)式(had)pbcl4中的計(jì)量比稱取組二胺鹽酸鹽had·2hcl和pbcl2，然后將兩者加入到有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑中溶解并進(jìn)行溶劑反應(yīng)，得到前驅(qū)體溶液；

8、（2）將所述前驅(qū)體溶液進(jìn)行恒溫靜置蒸發(fā)，析出得到所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶。

9、較佳地，步驟（1）中，所述有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑中的有機(jī)溶劑為二甲基亞砜；所述有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑的配制中采用的鹽酸濃度為10.8-12.1?mol/l。

10、較佳地，步驟（1）中，所述有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑的配制中有機(jī)溶劑與鹽酸的體積比為5?:?0.3-0.5。

11、較佳地，步驟（1）中，所述組二胺鹽酸鹽had·2hcl、pbcl2與有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑的用量比為1?mol?:?1mol?:?5.3-5.5ml。

12、較佳地，步驟（2）中，所述恒溫靜置蒸發(fā)的溫度≥40℃且＜70℃；恒溫靜置蒸發(fā)的時(shí)間為1-2周。

13、第三方面，本發(fā)明提供了一種上述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基閃爍單晶在靜態(tài)和高幀率動(dòng)態(tài)x射線成像中的應(yīng)用。

14、有益效果

15、（1）本發(fā)明提供的(had)pbcl4單晶閃爍體采用溶液蒸發(fā)法制備，同時(shí)進(jìn)一步通過調(diào)整晶體生長溶液中cl-的含量可以調(diào)節(jié)晶體樣品的發(fā)光和衰減時(shí)間；

16、（2）本發(fā)明在富cl-的晶體生環(huán)境下制備的(had)pbcl4單晶具有更高的x射線輻照發(fā)光強(qiáng)度和更快的衰減時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)更高分辨率的x射線成像，尤其可用于動(dòng)態(tài)x射線成像，記錄在短時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體的x射線成像，實(shí)現(xiàn)了無重影、高幀率的動(dòng)態(tài)x射線成像。

技術(shù)特征：

1.一種二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶，其特征在于，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的化學(xué)式為(had)pbcl4；其中，had表示組二胺陽離子c5h9n32+。

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶，其特征在于，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶發(fā)射波長400-500?nm的藍(lán)光。

3.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶，其特征在于，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的衰減時(shí)間≤2?ns。

4.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶，其特征在于，所述二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的長度尺寸≥1?cm。

5.一種權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

6.?根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑中的有機(jī)溶劑為二甲基亞砜；所述有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑的配制中采用的鹽酸濃度為10.8-12.1?mol/l。

7.?根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑的配制中有機(jī)溶劑與鹽酸的體積比為5?:?0.3-0.5。

8.?根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述組二胺鹽酸鹽had·2hcl、pbcl2與有機(jī)溶劑-鹽酸混合溶劑的用量比為1?mol?:?1mol?:?5.3-5.5ml。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述恒溫靜置蒸發(fā)的溫度≥40℃且＜70℃；恒溫靜置蒸發(fā)的時(shí)間為1-2周。

10.一種權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的二維有機(jī)-無機(jī)雜化鉛基閃爍單晶在靜態(tài)和高幀率動(dòng)態(tài)x射線成像中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種二維有機(jī)?無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶及其制備方法和應(yīng)用，屬于晶體材料成像技術(shù)領(lǐng)域。針對(duì)常規(guī)制備工藝所得閃爍單晶難以滿足高幀率X射線成像應(yīng)用的要求，本發(fā)明通過改變晶體生長的溶液環(huán)境，提高晶體生長溶液中Cl<supgt;?</supgt;的含量，以調(diào)節(jié)晶體樣品的發(fā)光和衰減時(shí)間，制備了發(fā)光和衰減時(shí)間可調(diào)、厘米級(jí)尺寸的二維有機(jī)?無機(jī)雜化鉛基鹵化物閃爍單晶(HAD)PbCl<subgt;4</subgt;，HAD表示組二胺陽離子C<subgt;5</subgt;H<subgt;9</subgt;N<subgt;3</subgt;<supgt;2+</supgt;，最終促進(jìn)實(shí)現(xiàn)了高幀率、無重影的動(dòng)態(tài)X射線成像。

技術(shù)研發(fā)人員：李云云,李雯,吳云濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2