杨斌、肖汉宁教授在CsPbBr3钙钛矿单晶X射线探测器研究方向取得新进展

发布者:发布时间:2019-12-22浏览量:

 

近日,我院杨斌教授、肖汉宁教授与华中科技大学唐江教授团队在CsPbBr3钙钛矿单晶生长及其在X射线探测器应用方面开展合作研究,开发出了具有高灵敏度的基于铷(Rb)掺杂的CsPbBr3钙钛矿单晶X射线探测器,相关研究成果以题为“Rubidium Doping to Enhance Carrier Transport in CsPbBr3 Single Crystals for High-Performance X-Ray Detection”发表在材料领域国际重要学术期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》(IF=8.456)上。

X射线探测器在安检、医学检测和工业探伤等领域都发挥着重要作用。近年来,有机-无机杂化钙钛矿材料(例如CH3NH3PbX3,X = I,Br,Cl)被发现有较好的X射线探测性能,然而由于杂化钙钛矿材料中有机和无机组分之间的结合力较弱,导致该材料的耐湿耐热性能较差,对X射线探测器的寿命有一定影响。CsPbBr3是一种具有直接带隙的全无机钙钛矿材料,耐湿耐热性能较好,并且有较强的X射线吸收能力以及较高的载流子迁移率/寿命乘积(μτ),原材料来源丰富,制备成本低,在X射线探测方面有比较高的应用价值。

研究人员采用升温析晶溶液方法生长了高质量CsPbBr3单晶,通过在CsPbBr3的Cs位掺杂原子尺寸更小的Rb,可增强PbBr6八面体中Pb和Br原子之间的轨道耦合作用,提高载流子传输效率,降低缺陷浓度,从而提高CsPbBr3单晶的电阻率和μτ乘积。

图1. Rb掺杂对CsPbBr3单晶光学性能的影响。

研究人员通过将一定比例的Rb掺入CsPbBr3单晶,并将其制备成具有光导型结构的X射线探测器,进一步通过对电学性能和X射线探测性能的表征分析发现,少量(0.037%)铷掺杂可提高CsPbBr3单晶X射线探测器的灵敏度。对比不掺杂的CsPbBr3,0.037%铷掺杂可将μτ乘积从4.9×10-4 cm2 V-1提高到7.2×10-4 cm2 V-1,并将X射线灵敏度从918 μC Gyair-1 cm-2提高到8097μC Gyair-1 cm-2。该工作开发了一种在铅卤钙钛矿X射线探测器中通过化学掺杂提高X射线探测性能的新方法,并且铅卤钙钛矿CsPbBr3单晶是通过低成本的低温溶液法生长出来的,这与过去研究中采用的高温烧结法不同,这为开发低成本、高性能的铅卤钙钛矿结构单晶X射线探测器提供了新思路。

图2  Rb掺杂对CsPbBr3单晶X射线探测器的X射线探测性能的影响。

 

澳门新葡亰手机版材料科学与澳门新葡5130最新网站为论文第一单位,我院博士生李骏驰和华中科技大学博士生杜鑫源为共同第一作者,杨斌教授、肖汉宁教授和华中科技大学牛广达副教授为共同通讯作者。

链接: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b14772

+1
0
该内容对我有帮助
更多