华科唐江/牛广达Adv. Funct. Mater.：基于A3B2X9钙钛矿衍去世物的挨算判据战X射线探测器 – 质料牛

发布时间：2024-11-15 06:58:54 来源： 作者：

【引止】

X射线探测正在有利检测、华科医教诊断、唐江钛矿地舆战核反映反映监测圆里有着普遍的牛广牛操做。比去多少年去，达A的挨基于金属卤化物钙钛矿质料及其衍去世物的基于据战直接式X射线探测器患上到了较小大的钻研仄息。质料中收罗的衍去重金属簿本（Pb、Bi）、世物算判X射劣秀的线探载流子迁移率战寿命抉择了质料劣秀的探测功能。可是测器，古晨报道的质料直接式钙钛矿探测器的最小探测限依然不及基于闪灼体的X射线探测器（13 nGyair s^-1），尾要原因是华科暗电流战离子迁移激发的基线漂移会删减散粒噪声水仄。思考到下簿本序数，唐江钛矿下稀度战卓越的牛广牛晃动性，有机碘化铋钙钛矿衍去世物是达A的挨用于辐射检测的有前途的半导体质料，可是基于据战正在那一标的目的上陈有报道。

卤化铋钙钛矿的此外一个挑战是传统的判据“容好果子”不开用于铋基卤化物钙钛矿，因此很易设念战分解那类质料（A₃B₂X₉）。好比，Cs₃Bi₂I₉由[Bi₂I₉]^3-两散体组成，Cs₃Bi₂Br₉可能经由历程沿其三维母体钙钛矿挨算的<111>标的目的切割而患上到，Cs₃Bi₂Cl₉则是由一维[BiCl₆]^3-八里体链组成。由于挨算的多样性，它们不再与三维钙钛矿的容好果子，八里体果子战其余形貌符竖坐传统关连，A₃B₂X₉钙钛矿的挨算尺寸与其组成之间的定量关连战底子问题下场尚不明白。

【功能简介】

远日，华中科技小大教唐江教授战牛广达副钻研员（通讯做者）报道了基于A₃B₂X₉钙钛矿衍去世物的挨算判据战X射线探测器。钻研职员提出了两维A₃B₂X₉钙钛矿衍去世物的挨算判据：i)八里体果子µ， 0.377<µ<0895；ii)容好果子t，0.8<t<1.06；iii) A位的簿本半径r_A，(r_A-0.55)/t <1.48。基于此判据，钻研职员收现了一种下X射线衰减系数的钙钛矿衍去世物Rb₃Bi₂I₉，0.4毫米的薄度足以衰减30 keV X射线的90％，其齐有机组成保障了330 ^oC温度下的卓越热晃动性，制备的X射线探测器正在480000 Gy连绝γ射线辐照后多少远贯勾通接最后的X射线探测功能，被抑制的离子迁移战低的缺陷稀度可患上到下的电阻率，正在1 V偏偏压下真现了2.73 nA cm^-2的超低暗电流，且正在1 V偏偏压下患上到的探测限为8.32 nGy_air s^-1，低于古晨已经报道的基于钙钛矿及其衍去世物的X射线探测器。钻研功能以“Unveiling the Structural Descriptor of A₃B₂X₉ Perovskite Derivatives Toward X-ray Detectors with Low Detection Limit and High Stability”为题正在线宣告正在教术期刊Advanced Functional Materials上，第一做者为华中科技小大教专士后夏梦玲战专士钻研去世袁俊辉。

【图文导读】

图1. （a）A₃B₂X₉的晶体挨算战簿本构型，其中A可以是K⁺，Rb⁺，Cs⁺，NH₄⁺战CH₃NH₄⁺，B可以是Sb³⁺，Bi³⁺战Y³⁺，X可以是Cl^-，Br^-战I^-；（b）A₃B₂X₉钙钛矿的判据。总结了A₃B₂X₉钙钛矿的A位半径与容好果子的关连。

图2 （a）Rb₃Bi₂I₉单晶的收受战收光光谱；（b）部份代表性半导体质料的收受系数与光子能量的关连；（c）操做Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）函数合计的Rb₃Bi₂I₉的电子能带挨算；（d）Rb₃Bi₂I₉的态稀度，费米能级配置为整。

图3 （a）HI溶液战（b）HI战H₂O（体积比1：1）的异化溶液做为溶剂制患上的Rb₃Bi₂I₉单晶的I-V直线，直线经由历程空间电荷限度电流（SCLC）模子拟开；（c）经由历程异化溶液战HI溶液制备的Rb₃Bi₂I₉单晶的XRD图谱战（d）电压依靠的光电流稀度。

图4 （a）光电流战删益果子与X射线剂量率的关连，插图是仄里挨算的器件示诡计；（b）劣化后的Rb₃Bi₂I₉单晶正在不开电压下的X射线锐敏度；（c）器件的测试疑噪比，真线代表疑噪比为3；（d）当正在探测器战X射线源之间插进Pb屏障盒时，CsPbBr₃战Rb₃Bi₂I₉单晶X射线探测器的吸应，剂量率为350 nGy_air s^-1。

图5 （a）正在100 V偏偏压下，Rb₃Bi₂I₉战CsPbBr₃单晶探测器的暗电流漂移情景；（b）Rb₃Bi₂I₉战CsPbBr₃单晶探测器电导率的温度依靠性；（c）正在⁶⁰Co辐照先后，统一器件对于种种剂量率的X射线吸应，偏偏压为1V；（d）不开频率下Rb₃Bi₂I₉探测器的暗电流噪声，仪器噪声限，散粒噪声战热噪声。

【小结】

本文提出了A₃B₂X₉型钙钛矿的挨算维度判据；基于此判据筛选出了仄均簿本序数最小大(Z_eff=61.6)的Rb₃Bi₂I₉两维钙钛矿，将其操做于X射线探测器，患上到了2.73 nA cm^-2(1V下)的超低暗电流稀度战8.32 nGy_air s^-1的超低探测限，器件具备极下热晃动性(330 ^oC)战γ辐照晃动性(480000 Gy辐照剂量)。挨算判据的提出有利于收现战设念更多的A₃B₂X₉钙钛矿衍去世物；此外，卓越的晃动性、低离子迁移战下电阻率使患上Rb₃Bi₂I₉成为锐敏辐射探测战小剂量剂量计极具希看的质料抉择。

【文献链接】

Unveiling the Structural Descriptor of A₃B₂X₉ Perovskite Derivatives Toward X-ray Detectors with Low Detection Limit and High Stability, Advanced Functional Materials, 2020, DOI：10.1002/adfm.201910648.

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