高能射线辐照下钙钛矿型CsPbX3(X=Cl,Br,I)量子点的发光机理及闪烁特性研究

Scintillator detectors have shown broad applications in nuclear physics, high energy physics, medical diagnosis, geological exploration, astronomical space physics, and in the field of security inspection. Traditional single crystal scintillator detectors suffer from problems such as high cost, and low sensitivity and spatial resolution under low dose high energy beam irradiation. In order to resolve these problems, we propose in this project to fabricate new prototype CsPbX3 (X = Cl, Br, I) quantum dot scintillator detector with high sensitivity, fast response and high resolution imaging, utilizing the unique features of high luminescence efficiency, large absorption cross section, short luminescence lifetime and compact structure of perovskite quantum dots. We will investigate the luminescence mechanism of the quantum dot materials under high energy beam (X-rays, neutrons and cathode rays) excitation, and try to understand how compositions and quantum dot size influence the scintillation properties. Further, we will try to modulate the spatial resolution, response time and radiation hardness of the quantum dot scintillator detector by controlling the doping of rare earth ions, such as Ce and Er/Yb. This project is significant for the development of new scintillation materials and prototype device, the reduction of the medical X-ray dose and the improvement of the spatial resolution imaging.

闪烁体探测器在核物理、高能物理、医学诊断、地质勘探、天文空间物理以及安全稽查领域中有着巨大的应用前景。针对目前传统单晶闪烁体探测器在低剂量高能射线辐照范围内灵敏度和空间分辨率低、成本高的问题，本项目拟利用钙钛矿型CsPbX3 (X=Cl、Br、I)量子点材料发光效率高、吸收截面大、发光寿命短、易于加工成为微小型器件等优点，制备高灵敏、快响应、高分辨率的新型CsPbX3量子点闪烁体探测器；研究X射线、中子、阴极射线等高能射线束激发下量子点材料发光机理；研究CsPbX3量子点材料的组分、尺寸对闪烁特性的影响；研究Ce、Er/Yb等稀土离子掺杂对量子点闪烁体探测器空间分辨率、响应时间、抗辐射性能的调控作用。本项目对于获得具有自主知识产权的闪烁体材料，降低医用X射线使用剂量、提高成像空间分辨率具有重要意义。

钙钛矿型卤化铅铯CsPbX3(X=Cl、Br、I)量子点材料是一类新兴的发光材料，其在发光二极管、光探测器、激光等领域有着不错的发展前景。.本项目制备了性能稳定的CsPbX3闪烁体量子点，实现了对其组分、尺寸的可控调节以及发光特性的有效调控，并揭示了其发光机制；此外，还制备出了忆阻器原型器件；探究了ZGGO:Cr3+红外余辉发光特性、CaAlO4及12CaO·7Al2O3材料的X射线存储特性；并对染料敏化太阳能电池中具有新型锚定基团的敏化剂进行了理论研究。.采用快速紫外聚合的方法制备了钙钛矿-环氧树脂复合材料。研究表明所制备的复合材料的发射光谱与钙钛矿量子点的基本一致。我们对其发光稳定性进行了监测：在空气中放置30天后，其发射峰的位置与发光强度几乎不变；浸泡在水中10天后，发射峰的位置基本保持不变，发光强度依然能维持85%以上。此外，由于环氧树脂的柔性特质，使得钙钛矿-环氧树脂复合材料展现出拉伸可弯曲性能，这使得其在柔性发光器件和光功能材料领域有着不错的发展前景。.采用溶剂蒸发法成功制备了钙钛矿-PMMA复合材料，所制备的复合材料的发光颜色和发射峰位与初始钙钛矿量子点的保持一致，样品放置空气中40天后，其发射峰位置，发光强度几乎不变，浸泡在水中30天后，发光强度依然能维持初始值的80%以上，证明其具有较强的稳定性。.构建了有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3材料的阻变器件，并对其性能优化方法进行了研究。研究表明通过使用可见光辅助的电激活过程以及引入α-C阻挡层的方法均可提高阻变存储器件性能。此外，还构建了Ta2O5-x基超低功耗忆阻器件，优化后可以在超低的限制电流下运行（1μA），并具有出色的数据保持能力，器件的运行能耗在60 fJ/bit以下，实现了超低功耗阻变器件构建。