Journal of Materials Chemistry C │钾异化增强铜卤化物的闪灼体功能，真现下分讲率柔性X射线探测 – 质料牛

具备下功能、│钾讲率耐用性战灵便性的异化X射线探测器普遍操做于核医教成像、下能物理、增强灼体真现财富裕益检测、铜卤油井勘探、化物战安检防恐等规模。下分线探闪灼体是柔性X射线成像系统的中间元件，它的测质形态及其正不才气射线下的光教特色直接影响成像的量量。比去多少年去，料牛有机低维铜系金属卤化物果其劣秀的│钾讲率光电功能战情景不战性正在新一代闪灼质料规模提醉出宏大大的操做后劲。其中，异化Cs₃Cu₂I₅钙钛矿具备配合的增强灼体真现自陷态激子 (STEs) 收射特色，正在荧光圆里展现出较小大的铜卤斯托克斯位移、低自收受战强的化物辐射收光效力，被感应是下分线探一种极具后劲的闪灼体质料。可是，Cs₃Cu₂I₅钙钛矿的本征光产额较低，限度了它正不才分讲率x射线成像的操做。异化是改擅质料功能最实用的蹊径，可是古晨有闭操做碱金属离子异化后退Cs₃Cu₂I₅钙钛矿的收光效力钻研尚少，特意是与其组成相闭的光物理性量战闪灼功能借出有报道。

远日，华中师范小大教唐一文教授战中国科教院上海硅酸盐钻研所石云副钻研员散漫报道了Cs₃Cu₂I₅钙钛矿组分依靠的光教功能，经由历程组相助程筛选出一种钾异化铜卤化物的蓝光收射质料Cs₃Cu₂I₅:K⁺，阐收了钾异化对于晶体挨算、光教战闪灼功能的影响，建制了基于该质料的柔性复开薄膜，提醉了其X射线成像后劲。

图1

该工做经由历程旋涂法制备了一系列不开浓度钾离子异化的Cs₃Cu₂I₅:x%K⁺薄膜 (x=0 ~ 8 at.%)，用Ｘ射线衍射证明了其物相（图1）。荧光功能隐现Cs₃Cu₂I₅:x%K⁺薄膜具备自陷态激子的典型收射特色：谱带宽（445 nm），斯托克斯位移小大（165 nm），荧光寿命少（1101.7 ns）。当K⁺离子异化浓度为1 at% 时，样品展现出最强的蓝光收射，光致收光量子效力为73%。

图2

为了更晴天阐收K⁺异化对于铜卤化物晶体挨算战闪灼功能的影响，课题组回支反溶剂蒸收辅助结晶法睁开出尺寸约为9 妹妹少的Cs₃Cu₂I₅:x% K⁺ (x=0 and 1 at%) 单晶（图2）。扫描电镜里扫图证明了晶体中种种元素的仄均扩散，单晶XRD挨算剖析批注Cs₃Cu₂I₅中孤坐的[Cu₂I₅]^3-两散体被Cs⁺ 困绕，组成整维 (0 D) 挨算。此外，Cs₃Cu₂I₅: K⁺单晶中晶粒尺寸战本胞体积的削减申明K⁺离子异化可能减小相邻[Cu₂I₅]^3-两散体间距。

图3

课题组商讨了K⁺异化Cs₃Cu₂I₅单晶的荧光战闪灼功能。下场批注，Cs₃Cu₂I₅属于直接带隙半导体质料，K⁺异化后Cs₃Cu₂I₅单晶的光教带隙减小为3.75 eV，电背性较强的K元素(K:0.82 > Cs:0.79)使散开物电子云减倍稀散，因此正在445 nm处的PL收射隐现了8 nm中间的蓝移。此外，减小的 [Cu₂I₅]^3-两散体间距导致系统的激子-光子耦开强度增强，正在x射线激发下，Cs₃Cu₂I₅: K⁺单晶展现出更强的RL收射，其光输入比杂的Cs₃Cu₂I₅下约49.6%，闪灼衰减时候赫然减速(330 ~ 241 ns)。为了真现下效力的X射线成像，课题组制备了包覆散甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的Cs₃Cu₂I₅:K⁺柔性闪灼薄膜，正在X射线辐照下，可明白呈现出芯片外部挨算，空间分讲率可达11.7 lp 妹妹⁻¹@MTF=0.2（图4）。

图4

该工做隐现了Cs₃Cu₂I₅:K⁺正在X射线探测与成像操做中的宏大大后劲。该钻研深入阐收了碱金属离子异化三元铜卤化物的晶体挨算修正战组分依靠的光致收光战闪灼收光性量，为前期该类质料的进一步劣化提供魔难魔难底子。该工做的第一做者为华中师范小大教专士钻研去世武彤。

论文疑息：“Potassium-Regulated for Enhanced Scintillation Properties of Lead-Free Cesium Copper Iodide Cs₃Cu₂I₅ Perovskite and Their Applications for High-Resolution X‐Ray Imaging” Journal of Materials Chemistry C, 2023, DOI: 10.1039/D3TC04078J