近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所太陽能研究部薄膜太陽能電池研究組研究員劉生忠團隊與陜西師范大學(xué)趙奎教授合作，在無金屬鈣鈦礦單晶生長及其器件研究中取得新進展，制備了高靈敏度無金屬鈣鈦礦單晶X射線探測器。
鹵素調(diào)控下的無金屬鈣鈦礦DABCO-NH4X3 (X = Cl, Br, I) 呈現(xiàn)出多樣的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，因此在相同條件下生長出的系列單晶具有各異的宏觀形貌
X射線由于其較強的穿透能力被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、安全檢查、工業(yè)探傷以及科學(xué)研究。近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦因其優(yōu)異性質(zhì)，例如高X射線消光系數(shù)、長載流子擴散距離、輻照穩(wěn)定、易于合成等，被證實具有優(yōu)異的X射線探測性能。然而金屬鹵化物鈣鈦礦大多含有有毒鉛元素，在一定程度上限制了其應(yīng)用。無金屬鹵化物鈣鈦礦A(NH4)X3因不含有金屬元素，被認(rèn)為是生物友好型X射線探測的新候選材料。然而，有關(guān)此種新型鈣鈦礦的分子組裝行為及其對材料光電特性的影響還未被探索。
本工作中，合作團隊采用簡易的緩慢溶劑揮發(fā)法于室溫下生長出高質(zhì)量、大尺寸DABCO-NH4X3（X=Cl，Br，I）單晶，系統(tǒng)性研究了鹵素調(diào)控的分子組裝行為對DABCO基系列無金屬鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電學(xué)，以及最終光電性能的影響，并展示了該類單晶在X射線高能輻射探測的優(yōu)異表現(xiàn)。其中，DABCO-NH4I3單晶X射線探測器獲得了567 C Gyair-1cm–2的高靈敏度，同時顯示出良好的X射線成像潛力。
相關(guān)工作以“Halide-modulated Self-assembly of Metal-free Perovskite Single Crystals for Bio-friendly X-ray Detection”為題，發(fā)表在Matter上。該工作的第一作者是大連化物所與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的2017級博士研究生崔清玥。上述工作得到大連化物所創(chuàng)新基金、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中央高校基金、教育部“111引智計劃”等項目的資助。
