零维锌基金属卤化物闪烁体的制备及X射线成像应用.pdf
摘要
摘要
近年来，X射线探测技术在各个领域得到了广泛应用，包括核电、国家安全、
医学成像、高能物理和天文发现等方面。为了提升探测器的性能，闪烁体作为核
心部件的开发变得尤为关键。铅基金属卤化物闪烁体具有吸收系数大、光致发光
量子产率高、带隙可调等优异的光电性能，在闪烁体领域备受瞩目。然而，铅的
毒性和不稳定性成为其广泛应用不可逾越的障碍。因此，为了继续利用金属卤化
物闪烁体的优势并避免铅的毒性，开发新型非铅金属卤化物闪烁体具有重要意义。
本文旨在制备新型非铅、无毒、成本低、制备简单、自吸收弱、能量分辨率高、
响应速度快的锌基金属卤化物闪烁体，然后设计X射线闪烁屏，实现了优异的成
像效果，揭示了锌基金属卤化物在闪烁体领域的潜在应用价值。
本论文主要内容如下：
（1）采用热注入法制备了CsZnBr:x%Mn2+闪烁体。Mn2+掺杂后，
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CsZnBr的光致发光量子产率(PLQY)由3.78%提高到13.56%，发光峰由436nm
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红移至522nm。接下来成功地将MHNCs(CsZnBr:Mn2+)集成到二氧化硅气凝胶
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(AG)中，并包埋在聚苯乙烯(PS)中，制成了复合CZBM@AG-PS薄膜。进一步的
表征表明，高孔隙率AG模板可以有效地改善MHNCs在闪烁体屏幕中的分散，
从根本上减少非辐射跃迁、瑞利散射和恶劣环境中聚集引起的性能老化。此外，
基于MHNCs/AG和AG/PS接口的新型光传播路径也实现了更高的光输出和更低
的光串扰。最后，优化后的CZBM@AG-PS屏幕显示出大幅增强的光产额(从
19783个光子/MeV提高到34271个光子/MeV)，优异的空间分辨率(7.38lpmm−1)
和良好的温度稳定性。值得注意的是，通过对其他MHNCs嵌入AG中复合薄膜
的性能测试，该策略被证明是通用的，可以实现超稳定和高效的X射线成像。
（2）通过低温溶液法成功合成了一系列无毒的锌基0D金属卤化物闪烁体
EPZnBr和BPZnBr。通过研究其光学性能我们发现EPZnBr和BPZnBr具有明
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亮的蓝色发射、较大的斯托克斯位移(100nm和127nm)以及较高的光产额(12400
光子/MeV和28800光子/MeV)。随后，将这些合成的金属卤化物与聚苯乙烯复合，
制备出具有面积均匀、可调的柔韧性和优异的闪烁性能的薄膜。这种薄膜还具有
高透明度的特点，有助于减少光子在传输过程中的折射与透射现象，从而优化光
子的传输过程。通过这种优化，实现了高分辨率和低检测限的射线成像，这些创
新特性使我们能够为满足X射线成像领域中闪烁体薄膜的要求提供新的策略，并
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摘要
为金属卤化物闪烁体的商业化迈出了重要的一步。
关键词：金属卤化物；复合材料；闪烁体；X射线成像
II
Abstract
Abstract
Inrecentyears,X-raydetectiontechnologyhasbeenwidelyusedinvariousfields,
includingnuclearpower,nationalsecurity,medicalimaging,high