[发明专利]一种像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏、制备方法及应用

说明书

本发明属于医学与工业领域的X‑射线成像技术领域，公开了一种像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏、制备方法及应用，利用异丙醇(IPA)室温方法或者甲苯(TOL)室温合成方法或者热注射法制备钙钛矿溶液；将钙钛矿溶液进行提纯处理，得到钙钛矿纳米晶；将多孔模板清洗预处理；对多孔模板进行超声喷涂，或者利用负压填充，在多孔模板上形成较为致密的钙钛矿纳米晶阵列。本发明的像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏，并结合像素化钙钛矿闪烁转换屏结构的光波导效应和封装保护作用，显著提高了钙钛矿纳米晶闪烁屏的空间分辨率和环境稳定性，获得了具有高空间分辨率(1μm)和快衰减时间(10ns)的像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏。

技术领域

本发明属于医学与工业领域的X-射线成像技术领域，尤其涉及一种像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏、制备方法及应用。

背景技术

目前，闪烁体在无损检测，医学成像和太空探索等许多领域被广泛用于辐射检测。不同的应用会对闪烁体提出不同的要求，衡量一个闪烁体性能好坏的标准主要取决于以下几个方面：发射光谱的位置、光产额、发光衰减时间和能量分辨率等。其中，高光产额对X射线成像尤其重要，能有效降低辐射剂量，并获得高质量影像。另外，衰减时间越短，时间分辨率越高，这样就可以最大程度地消除能量累积造成的重影。经过数百年的发展，现阶段，人们对高光产额和快衰减的闪烁体具有极大的研究兴趣。

近年来，钙钛矿纳米材料因其载流子迁移率高、扩散距离长、发光波长连续可调等特点已成为光功能材料与器件研究领域一个新兴的热点，被认为是目前最有竞争力的新型光电材料之一。钙钛矿闪烁体虽然具有高光产额和强X射线截止能力，但是用于X射线成像，空间分辨率较低，通常为几百微米，限制了其在成像领域的应用。因此，亟需一种新的像素化钙钛矿纳米晶闪烁材料及其制备方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有钙钛矿闪烁体用于X射线成像时，空间分辨率较低，通常为几百微米，限制了其在成像领域的应用。现有钙钛矿纳米晶闪烁屏通常通过钙钛矿纳米晶在衬底表面旋涂一层薄膜来制备，薄膜的厚度是影响X射线成像空间分辨率的重要因素。若薄膜太薄，则严重削弱薄膜对高能射线的有效截止能力和辐射发光强度，从而大大降低检测效率和信噪比；若薄膜太厚，则薄膜会在CMOS芯片或TFT芯片成像系统上形成较大的像差，严重降低成像的空间分辨率。另一方面，当薄膜在X射线激发下辐射发光时，光线在钙钛矿纳米晶薄膜内部会发生散射、折射和自吸收等发散过程，降低空间分辨率，使成像失真。

为解决以上问题，可通过开发一种重原子序数且光产额高的闪烁体，在确保制备的薄膜足够薄的同时能具备较高的光产额。但是满足此性能的闪烁体材料通常具有自陷激子效应，其闪烁衰减时间通常在微秒级，不符合高空间分辨率和快时间分辨率的性能要求。基于此现状，本发明结合多孔模板的周期性结构和钙钛矿纳米晶高光产额和快衰减的特性，提出了一种像素化结构的钙钛矿纳米晶闪烁屏及应用。将钙钛矿纳米晶填充到多孔模板中，利用垂直于模板表面的微柱和单分散微柱边界的全反射可以引导辐射发光沿微柱方向传播，限制闪烁光的横向传播。因此，采用模板填充法制备像素化钙钛矿纳米晶闪烁屏被认为是一种比较理想的技术路线。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏、制备方法及应用。

本发明是这样实现的，一种像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏的制备方法，所述像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏的制备方法包括：

先采用利用基于异丙醇(IPA法)的室温合成方法、或者基于甲苯(TOL法)的室温合成方法、或者热注射法(HI法)制备钙钛矿溶液，合成尺寸小、粒径均匀的钙钛矿纳米晶，然后采用多孔模板辅助和负压填充法可控制备出像素化钙钛矿纳米晶X射线闪烁转换屏。

进一步，所述像素化钙钛矿纳米晶闪烁转换屏的制备方法包括以下步骤：

步骤一，采用IPA、TOL、或HI法制备钙钛矿纳米晶溶液；

进一步，步骤一种所述IPA室温法制备钙钛矿纳米晶，包括：