一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体及其制备方法和应用，具有通式(A1‑

【技术实现步骤摘要】
一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及闪烁材料
，具体地说，是涉及一种新型中子探测用的零维钙钛矿闪烁体的组成、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]中子探测器广泛应用于国土安全、石油测井等领域，目前的中子探测器主要使用核反应法。利用强烈吸收中子并与之产生核反应能力的核素与中子发生核反应后发射出带电粒子，根据带电粒子引起的电离激发现象实现对中子的间接探测。3He比例计数器对中子探测效率高、结构简单、性能稳定，但突出的问题是3He资源的稀缺带来的昂贵价格，市场迫切需要原料丰富、低成本的中子探测器。同时，由于中子辐照往往伴随有伽马射线辐照，为了更精准的探测中子，需要探测器能够分辨中子和伽马射线。利用闪烁体对不同能量电离的差异可以实现中子伽马甄别，含有Li、B等元素的无机闪烁晶体由于具有较大的中子捕获截面，被广泛研究。6Li(n,α)反应相比B具有更高的反应能量和最好的中子伽马抑制比。
[0003]近年来，人们发现和开发了许多用于中子探测的高性能Li基卤化物闪烁晶体，如Lil:Eu、NaI:Tl,Li、CsLiYCl:Ce(CLYC:Ce)、CsLiLaBr:Ce(CLLB:Ce)、LiCaAlF4等。虽然LiI:Eu对中子的探测效率很高，但由于其极高的吸湿性而难以制备和加工成大尺寸。目前综合性能最好的CLYC:Ce晶体具有伽马射线、快中子和热中子的探测和鉴别能力，但晶体生长比较困难，制备成本高，也极易潮解。LiCaAlF4晶体虽然不吸潮，但请光产额低，探测效率差。
[0004]近年来金属卤化物钙钛矿结构闪烁材料受到了极大的关注，如CsPbBr3等。具有低维电子结构的钙钛矿体系材料由于激子自陷和晶格畸变，通常具有大Stokes位移和高发光量子效率。铜基零维钙钛矿A3B2X5体系，表现出优异的闪烁性能，被认为是一类非常有潜力的闪烁体。未掺杂的Cs3Cu2I5具有高化学稳定性、无自吸收、高光输出、高能量分辨率和超低余辉，在Tl掺杂后大幅度提高了伽马闪烁性能，并保留了基质的优异特性有望成为下一代商业应用的伽马探测闪烁体。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种零维钙钛矿闪烁体的组成、制备及应用，该闪烁体实现了高中子探测效率、高伽马探测效率、高中子伽马甄别能力，且具有低熔点、低成本、易制备成多种形态的材料及高稳定性等优势。
[0006]本专利技术的一个方面，提供了一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，具有如下组成通式：(A1‑
x
‑
y
A
’
x
Li
y
)3(B1‑
z
Li
z
)2X5，其中，0≤x＜0.05、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0＜y+z＜1，A选自Na、K、Rb、Cs中的一种或多种的混合，A
’
选自In和/或Tl，B选自Cu和/或Ag，X选自F、Cl、Br、I中的一种或多种的混合。
[0007]优选的，所述x＞0。
[0008]优选的，所述y＝0。
[0009]优选的，所述Li为6Li富集的原料。
[0010]优选的，所述通式为(Cs1‑
x
‑
y
Tl
x6
Li
y
)3(Cu1‑
z6
Li
z
)2I5。
[0011]优选的：所述闪烁体的晶格结构为单晶或多晶。
[0012]优选的：所述闪烁体为微晶薄膜、多晶陶瓷或晶体复合材料。
[0013]本专利技术的另一个方面，还提供了一种根据上述新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体的制备方法，所述闪烁体为单晶，采用熔体法或溶液法制备所述闪烁体。
[0014]本专利技术的另一个方面，还提供了一种根据上述新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体的制备方法，所述闪烁体为微晶薄膜，采用蒸镀法、溅射法、或凝胶涂覆法制备所述闪烁体。
[0015]本专利技术的另一个方面，还提供了根据上述的一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体在核能利用、安检、石油探井中的应用。
[0016]本专利技术技术方案的新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，兼具高中子探测效率、高伽马探测效率和高中子伽马甄别能力，同时晶体具有低原料成本、较高的化学稳定性、低熔点、易于大尺寸制备的优点。
附图说明
[0017]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0018]图1是本专利技术实施例1卤化物闪烁体的辐射发光光谱。
[0019]图2是本专利技术实施例1卤化物闪烁体的伽马射线能谱。
[0020]图3是本专利技术实施例1卤化物闪烁体的在
137
Cs和
241
Am辐照下的闪烁脉冲曲线。
[0021]图4是本专利技术实施例2卤化物闪烁体的中子伽马分辨PSD图。
[0022]图5是本专利技术实施例的闪烁单晶用于中子探测和中子伽马甄别的探测器的结构示意图。
[0023]图6是本专利技术实施例的闪烁薄膜用于中子成像装置的结构示意图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，现在将参考实施例更全面地描述实施例的实施方式，实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，然而，实施例的实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
[0025]本专利技术实施例提供了一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，具有如下组成通式：
[0026](A1‑
x
‑
y
A
’
x
Li
y
)3(B1‑
z
Li
z
)2X5，其中：A＝Na、K、Rb和Cs中的一种或多种的混合，A
’
＝In和Tl中的一种或多种的混合，B＝Cu和Ag中的一种或多种的混合，X＝F、Cl、Br和I中的一种或多种的混合，且0≤x＜0.05、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0＜y+z＜1。
[0027]本专利技术中(A1‑
x
‑
y
A
’
x
Li
y
)3(B1‑
z
Li
z
)2X5通式具有0＜y+z＜1，即晶格中必然包含Li元素，Li原子可以占据A位，也可以占据B位。占据B位的结构能够有效提升探测效率。
[0028]并优选所用的Li为6Li富集的原料，而非自然丰度的天然Li离子。而6Li为中子吸收体，根据中子
‑
伽马甄别散点图，富集6Li的情况下能得到更好中子探测能力。
[0029]优选的组成为(Cs1‑
x
‑
y
Tl
x6<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，其特征在于，具有如下组成通式：(A1‑
x
‑
y
A
’
x
Li
y
)3(B1‑
z
Li
z
)2X5，其中，0≤x＜0.05、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0＜y+z＜1，A选自Na、K、Rb、Cs中的一种或多种的混合，A
’
选自In和/或Tl，B选自Cu和/或Ag，X选自F、Cl、Br、I中的一种或多种的混合。2.根据权利要求1所述的一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，其特征在于，所述x＞0。3.根据权利要求1所述的一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，其特征在于，所述y＝0。4.根据权利要求3所述的一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，其特征在于，所述Li为6Li富集的原料。5.根据权利要求4所述的一种新型中子探测用类钙钛矿结构闪烁体，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云涛，王谦，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：