專利名稱：一種碘化亞銅晶體的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子功能材料技術(shù)領(lǐng)域中的人工晶體和晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，尤其是涉及 一種作為超快閃爍晶體材料。
背景技術(shù)：
新型閃爍晶體的探索主要目標(biāo)是獲得高密度、快衰減的晶體。過(guò)去人們主要研究 的晶體幾乎全部是絕緣體基質(zhì)的，發(fā)現(xiàn)很少有閃爍晶體是亞納秒(< Ins)級(jí)衰減的。盡管 在BaF2晶體(4.88g/cm3)中發(fā)現(xiàn)了亞納秒(0.6ns)的超快衰減，但是在閃爍光中占的比例 不大，強(qiáng)度較弱。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些寬帶隙直接躍遷的半導(dǎo)體材料如ZnO(Ga)，CdS(In)， CuI，PbI2，Hg2 12等，能利用激子發(fā)射或邊帶發(fā)射，從而獲得納秒甚至皮秒級(jí)快發(fā)光。使得 超快衰減的半導(dǎo)體基閃爍晶體成為閃爍晶體今后研究和開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方向。其中，Y晶 相CuI (通常所指的CuI閃爍晶體)發(fā)光衰減時(shí)間僅為90皮秒，且沒(méi)有慢成分，是目前人們 所知的最快的無(wú)機(jī)閃爍晶體。CuI的光產(chǎn)額雖然比CsI(Tl)低。但在t < 0. Ins時(shí)間內(nèi)發(fā) 出的光子數(shù)卻比CsI (Tl)晶體高40多倍。是一種有非常應(yīng)用前景的超快閃爍晶體。碘化亞銅共具有α、β、Y三種晶相，其中低溫Y晶相的CuI具有超快的閃爍特 性。它是在溫度低于350°C合成的立方結(jié)構(gòu)的ρ型半導(dǎo)體材料，具有3. IeV的直接能隙。它 的空間群為F-43m屬于立方晶系。目前，有關(guān)CuI晶體的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研究，最大的困難是 CuI大單晶的獲得。由于在溫度高于350°C時(shí)CuI就轉(zhuǎn)化為α相或β相，所以不能用熔融 法生長(zhǎng)得到閃爍晶體Cul。另一方面，CuI在水中的溶解度非常小(PKsp = 11. 96)，也不能 用簡(jiǎn)單的溶液法生長(zhǎng)。這些使得CuI的大單晶很難獲得。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的生長(zhǎng)主要有四種 方法絡(luò)合解絡(luò)法、氣相沉積法、助溶劑法、水熱法。氣相沉淀法生長(zhǎng)是利用氣相的Cu+、r凝 聚來(lái)生長(zhǎng)晶體。缺點(diǎn)是生長(zhǎng)設(shè)備要求高，晶體的質(zhì)量差，得到的晶體尺寸只有5毫米左右。 絡(luò)合解絡(luò)法是利用絡(luò)合離子，增加CuI在水中的溶解度，再在溶膠凝膠中擴(kuò)散生長(zhǎng)。這種方 法由于無(wú)法控制晶體的成核，得到的晶體尺寸都較小。助溶劑法和水熱法由于不易控制，所 得到的晶體也都在毫米級(jí)。這幾種方法生長(zhǎng)的晶體，由于尺寸小、質(zhì)量差，文獻(xiàn)中都沒(méi)有對(duì) 晶體的質(zhì)量和發(fā)光特性作進(jìn)一步的報(bào)道。完整的發(fā)光機(jī)理、物化性能也都無(wú)法獲得。其中 國(guó)內(nèi)的同濟(jì)大學(xué)顧牡研究小組利用絡(luò)合解絡(luò)法，成功的生長(zhǎng)出了尺寸達(dá)1. 5mm的單晶。中 國(guó)發(fā)明專利(200410066546. 3)也介紹了絡(luò)合-解絡(luò)法生長(zhǎng)CuI晶體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于公開(kāi)一種新的生長(zhǎng)超快閃爍晶體碘化亞銅的方法。CuI不溶于水和一些常見(jiàn)的有機(jī)溶劑中，但能溶于一些含氮的有機(jī)離子溶液中。離 子液體又稱室溫離子液體或室溫熔融鹽，也稱非水離子液體、液態(tài)有機(jī)鹽等，是指在室溫或 室溫附近溫度下呈液態(tài)，并由陰陽(yáng)離子組成的物質(zhì)。具有很多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)(1)蒸 汽壓低、不揮發(fā)、易于存放、消除了揮發(fā)性有機(jī)溶劑的污染問(wèn)題。(2)液體狀態(tài)溫度范圍寬， 且穩(wěn)定性大多比較高。(3)能夠溶解許多有機(jī)、無(wú)機(jī)和金屬有機(jī)化合物。(4)通過(guò)選擇合適的陰離子或陽(yáng)離子，可以改變離子液體的極性、親水性/親酯性、粘度、密度、酸性等性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CuI能溶于咪唑型、吡啶型、吡咯烷型、季銨型、季膦型等陰離子為鹵素的離子液 體中。。因此，我們利用這類離子液體為溶劑，采用高溫溶劑降溫法生長(zhǎng)碘化亞銅晶體生長(zhǎng)時(shí)采用分析純的鹵素離子液體為生長(zhǎng)溶劑，分析純的碘化亞銅粉末為生長(zhǎng)原 料。降溫法生長(zhǎng)設(shè)備采用玻璃加工。具體的生長(zhǎng)步驟如下1、配置碘化亞銅在鹵素離子液體中的飽和溶液。將碘化亞銅溶于鹵素離子液體 中，加熱至150度以上，利用攪拌器攪拌，直到溶液中碘化亞銅不能溶解，過(guò)濾飽和溶液。2、生長(zhǎng)籽晶的制備。利用降溫的方法獲得小的籽晶，選擇晶形較好的晶粒為籽晶， 把籽晶粘在玻璃制的晶架上。3、晶體的生長(zhǎng)。配置的飽和溶液注入生長(zhǎng)裝置中，升高溫度，對(duì)溶液進(jìn)行一定程序 的過(guò)熱處理。將制備好的籽晶放入生長(zhǎng)器的上方，恒溫5-30分鐘，放入晶種進(jìn)入生長(zhǎng)溶液 中，進(jìn)行“正-停_反”的轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂平禍厮俣龋?0-30天后得到大尺寸的碘化亞銅晶體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，碘化亞銅在鹵素離子液體中有相對(duì)較好的溶解性和結(jié)晶性。 這樣，生長(zhǎng)出的晶體的晶形完整。通過(guò)控制降溫的速度，能得到尺寸較大的晶體。生長(zhǎng)出的 晶體純度高，質(zhì)量好。晶體為無(wú)色，透明度高。將生長(zhǎng)出的碘化亞銅晶體，進(jìn)行X射線粉末衍射測(cè)試，證明晶體為相的碘化亞銅 晶體?？勺鳛槌扉W爍晶體應(yīng)用。


圖1是溶液降溫方法生長(zhǎng)碘化亞銅晶體的裝置圖。圖中1.熱電偶2.保溫層3.加熱器4.籽晶桿5.晶體6.溶液圖2碘化亞銅晶體的粉末衍射圖譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
優(yōu)選方案1、飽和溶液的制備取分析純的氯化1- 丁基-3-甲基咪唑200ml于玻璃容器中， 加入18. 6475g碘化亞銅粉末。加熱、攪拌使之溶解，得到150度的碘化亞銅的飽和溶液。2、生長(zhǎng)籽晶的制備利用降溫的方法獲得小的籽晶，選擇晶形較好的晶粒為籽晶， 把籽晶粘在玻璃制的晶架上。3、晶體的生長(zhǎng)配置的飽和溶液注入生長(zhǎng)裝置中，升高溫度至160度，對(duì)溶液進(jìn)行 一定程序的過(guò)熱處理，恒溫5-30小時(shí)。將制備好的籽晶放入生長(zhǎng)器的上方，恒溫10分鐘， 放入晶種進(jìn)入生長(zhǎng)溶液中，進(jìn)行“正-停_反”的轉(zhuǎn)動(dòng)。降溫速度2度/天，10天后得到尺 寸5 X 5 X 5mm的碘化亞銅晶體。所生長(zhǎng)出來(lái)的碘化亞銅晶體形貌為規(guī)則四面體，無(wú)色，透明。
權(quán)利要求
一種碘化亞銅超快閃爍晶體，其特征在于該晶體的分子式為CuI，屬于γ相的立方晶系。分子量為190.45
2.如權(quán)利要求1所述的碘化亞銅超快閃爍晶體，該晶體采用降溫法生長(zhǎng)，生長(zhǎng)的溶劑 為含鹵離子的離子液體。
3.如權(quán)利要求2所述的含鹵離子的離子液體，其特征在于陽(yáng)離子為咪唑、吡啶、吡咯、 季銨、季膦等類離子，陰離子為氟、氯、溴、碘等離子。熔點(diǎn)在0-150度之間。
4.如權(quán)利要求1所述的碘化亞銅超快閃爍晶體，其特征在于利用含鹵離子的離子液 體配制飽和的碘化亞銅生長(zhǎng)溶液。生長(zhǎng)的溫度在30-200度之間。降溫速度為1-5度/天。
5.如權(quán)利要求1所述的碘化亞銅超快閃爍晶體的用途，其特征在于該晶體用于高能 物理、核物理和核技術(shù)中的超快閃爍計(jì)測(cè)量。
全文摘要
一種碘化亞銅晶體的生長(zhǎng)方法，屬于光電子功能材料技術(shù)領(lǐng)域中的人工晶體和晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種作為超快閃爍晶體材料。該方法使用含鹵離子的離子液體為生長(zhǎng)溶劑，采用降溫法的方法生長(zhǎng)晶體。生長(zhǎng)設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝易控制。所生長(zhǎng)出的晶體晶形完整、缺陷少、尺寸較大。生長(zhǎng)的晶體在高能物理、核醫(yī)學(xué)成像等方面具有很重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C30B29/12GK101928984SQ20091014981
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者崔玉杰, 李月寶, 楊書穎, 林達(dá), 潘建國(guó), 趙玲燕 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)