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新型钙钛矿材料可以用来制造更好的伽马射线探测器

高新材料 钙钛矿材料 伽马射线探测器 电磁辐射
发布:2020-12-11 14:49:44    

钙钛矿材料是由与金属连接的有机化合物形成的。这些材料由于其结构和特性而占据了材料研究的最前沿,并且适合于广泛的应用,例如激光器,太阳能电池,光电探测器和LED灯。

在LPMC上生长的3.8 kg大CH3NH3PbBr3晶体用于高能伽马射线探测。接下来,Rubik多维数据集将设置比例。图片提供:LászlóForró(EPFL)。

EPFL基础科学学院的研究人员特别感兴趣的是光电检测(或光检测)应用,他们现在已经制造出具有探测伽马射线能力的钙钛矿。由LászlóForró教授和Andreas Pautz教授的实验室领导的研究人员在Advanced Science杂志上报告了他们的研究。

这种千克大小的光伏钙钛矿晶体可以改变游戏规则。您可以将其切成薄片,例如硅,以用于光电应用。在本文中,我们将展示其在伽马射线检测中的效用。

——LászlóForró,EPFL基础科学学院教授

监控伽玛射线

伽马射线是一种穿透性电磁辐射,这种辐射是从原子核的放射性衰变发出的,例如在核爆炸或超新星爆炸中。由于它们位于电磁频谱的最短端,因此伽马射线往往具有最高的能量和最高的频率。

因此,它们几乎可以渗透任何类型的材料,并在工业,国土安全,环境监测,天文学,研究,核电厂甚至医学中找到广泛的应用,以识别和监测骨质疏松症和肿瘤。

但是,由于伽玛射线可能会损坏生物组织,因此请务必注意它们。这需要廉价,可靠且简单的伽马射线探测器。EPFL研究人员制造的钙钛矿基于甲基溴化三溴化铅(MAPbBr 3)晶体,似乎是满足所有这些需求的合适候选物。

水晶般清晰的优势

钙钛矿最初是作为晶体生长的,晶体的透明性和质量决定了形成薄膜后可用于太阳能电池板等材料的效率。

EPFL研究人员开发的钙钛矿晶体显示出很高的透明度,并且杂质含量非常低。当伽马射线在晶体上进行测试时,发现它们会产生具有高“移动寿命产品”的光载流子,这是对辐射探测器质量的衡量。简而言之,新型钙钛矿仅通过电阻率测量即可有效检测室温下的伽马射线。

便宜且可扩展的综合

MAPbBr 3属于钙钛矿“金属卤化物”类别的一部分,也就是说,与市场领先的晶体相反,可以用低成本和丰富的原材料来生长其晶体。合成过程在接近环境温度的溶液中进行,不需要昂贵的设备。

这当然不是第一个为伽马射线探测而开发的钙钛矿。但是,为此目的使用的大多数实验室生长的金属卤化物钙钛矿的体积都限制在近1.2 mL,这很难扩展到商业水平。

但是,EPFL研究人员还设计了一种专有技术,称为“定向晶体-晶体共生”,使他们能够生产1升重达3.8千克的晶体。

我个人非常喜欢在凝聚态物理,化学和反应堆物理学的共同领域工作,并看到这种合作可以为我们的社会带来重要的应用。

帕瓦·安德里奇维奇(PavaoAndričević),EPFL基础科学学院研究首席作者。这项研究由瑞士国家科学基金会和ERC预先拨款“ PICOPROP”资助。

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