技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
辐射探测晶体材料，具体为一种化学式为AgBi2I7的Bi基卤化物单晶材料、其制备方法以及制备成器件在辐射探测领域的应用。
背景技术
[0002]
X射线探测在医用成像、安全检查、工业无损探伤、国防安全、
宇宙辐射探测等方面起至关重要的作用，因此，对X射线探测材料的研究非常有必要。
[0003] 在早期的核辐射探测当中，气体电离探测器和闪烁晶体探测器就已经被广泛采用，但气体电离探测器体积大、携带不便、且对X射线阻挡能
力低，探测效率非常低，而对于闪烁探测器，尽管其探测效率很高，但
能量分辨率较差，依然不能满足使用需求。20世纪后半叶，
半导体核
辐射探测器兴起，起初的半导体探测器体积小，能量分辨率好，但探测效率较低，且需要的工作和保存
温度低。为了得到能在室温下工作，同时具有较高的探测效率和能量分辨率的探测器，具有较高
原子序数、适当禁带宽度、较大载流子迁移率寿命积、良好机械性能和化学
稳定性的室温半导体核辐射探测器引起了广泛关注。
发明内容
[0004] 本发明提供一种银铋碘晶体，目的在于提供一种对环境友好、X射线探测灵敏度高的新型Bi基卤化物晶体材料及其X射线探测器。
[0005] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0006] 一种银铋碘晶体，化学式为AgBi2I7，呈面心立方结构，晶胞参数为3+ + -
α＝β＝γ＝90°，每个Bi 周围与八个I-形成正六面体，每个Ag 周围与六个I 形成正八面体。
[0007] 上述的一种银铋碘晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0008] AgBi2I7单晶制备所用原料为多晶粉末；将AgI和BiI3按化学计量比AgI∶BiI3＝1∶2进行称量，依次装入
石英安瓿中；然后使用氢
氧焰对石英安瓿进行
真空封装；
[0009] 将装有原料并真空封装的石英安瓿放置在双温区管式加热炉中加热反应，得到多晶
块体；
研磨即可得单晶制备所用的多晶粉末；
[0010] AgBi2I7单晶生长方法为传统的Bridgman法，将装有生长原料并封结的石英安瓿放入三温区管式晶体生长炉，然后调节温度梯度区的温度，使温度梯度区的温度梯度达到5～25℃/cm，当所述生长原料在高温区保温12～24h后，控制石英安瓿以1～9mm/day的速率匀速下降，当石英安瓿下降到低温区并完成单晶生长后，使石英安瓿停止下降，将高温区、梯度区、低温区同时以10～90℃/h的速率降至室温。
[0011] 所述三温区管式晶体生长炉的上部段为高温区，下部段为低温区，中部段为温度梯度区。
[0012] 本发明还提供了上述的银铋碘单晶在X射线探测器中的应用。
[0013] 所述的X射线探测器的制备方法为：将AgBi2I7单晶用金刚石线切割成合适的大小，在其两面蒸
镀界
面层和金属层，制备得到X射线探测器。
[0014] 所述有界面层为空穴传导层和
电子传导层，包括SnO2、TiO2、PCBM、Spiro-OMeTAD、PTAA、NiOx、PEDOT：PSS、CuSCN中的一种或多种，所述金属层为铂、金、银、
铝、
铜、
钛、镍、钨、
石墨、导电
碳或其复合。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] 本发明的一种银铋碘晶体，是一种新型辐射探测材料，不仅环境友好，而且制备的探测器对X射线探测灵敏度高。此外，本
申请的新型Bi基卤化物单晶材料还可以用于X射线成像以及制备γ射线探测器。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明
实施例中的技术方案，下面将对实施例或
现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1本发明制备的AgBi2I7单晶；
[0019] 图2本发明制备的X射线探测器结构示意图：
[0020] 21-金属层；22-界面层；23-AgBi2I7单晶片；24-金属层；25-界面层；
[0021] 图3本发明制备的AgBi2I7晶体粉末的物相分析结果数据；
[0022] 图4本发明制备的AgBi2I7X射线探测器对X射线的响应图；
[0023] 图5本发明制备的AgBi2I7X射线探测器对X射线探测灵敏度。
[0024] 图6合成炉示意图；
[0025] I-高温区；II-低温区；
[0026] 1-石英安瓿；2-合成原料；3-加热元件；4-炉体；5-高温区I控温
热电偶；6-低温区I控温热电偶；
[0027] 图7生长炉示意图；
[0028] Zone I-管式生长炉高温区；Zone II-管式生长炉温度梯度区；Zone III-管式生长炉低温区；
[0029] 11-生长安瓿；12-高温区控温热偶；13-梯度区控温热偶；14-低温区控温热偶；15-加热元件；16-升降系统。
具体实施方式
[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0031] 在任一实施例中，如图1所示，本发明的一种银铋碘晶体，化学式为AgBi2I7，呈面心立方结构，晶胞参数为 α＝β＝γ＝90°，每个Bi3+周围与八个I-形成正六面体，每个Ag+周围与六个I-形成正八面体。
[0032] 在一个具体实施例中，上述的一种银铋碘晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0033] 一、AgBi2I7多晶合成；如图6所示，包括
[0034] (1)清洗：AgBi2I7多晶合成容器为石英安瓿1，首先将石英安瓿1浸泡于HNO3和HF溶液中5min，用清
水洗净，再用去离子水反复冲洗、烘干；
[0035] (2)装料：以4N(99.99％)的AgI和BiI3为原料，按化学计量比AgI∶BiI3＝1∶2进行称量，依次装入石英安瓿1中；然后将石英安瓿开口端接分子
泵，抽真空至压强≤10-4Pa，再使用氢氧焰将石英安瓿1封结；
[0036] (3)合成：合成在可倾斜和转动的合成炉中进行，所述两区域加
热管式炉的两端分别为高温区I和低温区II，其中顶部为高温区I，底部为低温区II；首先将装有合成原料2并封结的石英安瓿1放入倾斜放置的炉体4内，倾斜
角度α为15～25°；装有原料的一端位于低温区II，未装原料的一端位于高温区I，石英安瓿1的两端处分别为控温点并分别设有高温区I控温热电偶5和低温区II控温热电偶6；合成炉两个温区通过加热元件3同时升温，高温区I以50～130℃/h的速度升高至700～900℃，然后保温；低温区II以50～100℃/h的速度升高至350～500℃，保温10-20h，再用3～8h升高至550～650℃，保温10-20h，再以3～8h升高至680～800℃，保温10-20h；最后两个温区以5～10h降至室温；
[0037] 二、AgBi2I7单晶生长；如图7所示，包括
[0038] (1)将清洗液注入生长安瓿11反复清洗至干净为止，然后对清洗后的生长容器进行干燥处理，完全去除其内部的水；将合成出的AgBi2I7多晶锭磨成粉末，装入生长安瓿11中，并将抽气管连接分子泵抽真空至压强≤10-4Pa，再使用氢氧焰将生长安瓿11封结；封结后在生长安瓿11尾部装上挂钩；
[0039] (2)AgBi2I7单晶生长方法为传统的Bridgman法，生长实验在三温区管式单晶生长炉中完成，所述三温区管式晶体生长炉的上部段为高温区Zone I，下部段为低温区Zone III，中部段为温度梯度区Zone II；三个区分别设有高温区控温热偶12、低温区控温热偶14、梯度区控温热偶13以及加热元件15，所述生长安瓿11通过尾部挂钩与升降系统16连接；
[0040] 将装有生长原料并封结的生长安瓿11放入三温区管式晶体生长炉，使生长原料位于高温区，然后通过加热元件15将三温区管式晶体生长炉的高温区和低温区分别升至550～750℃、250～400℃，并保持该温度然后调节温度梯度区的温度使温度梯度区的温度梯度达到5～25℃/cm，当生长安瓿11中的生长原料在高温区保温12～24h后，通过升降系统16控制生长安瓿11以1～9mm/day的速率匀速下降，当生长安瓿11下降到低温区并完成单晶生长后，使生长安瓿11停止下降，将高温区、梯度区、低温区同时以10～90℃/h的速率降至室温即制备出AgBi2I7单晶。
[0041] 本实施例制备的单晶如图1所示；如图2为本发明中所述银铋碘晶体所制备的X射线探测器的结构示意图；将AgBi2I7单晶用金刚石线切割成合适的大小，在其两面蒸镀CuSCN和金
电极，制备得到X射线探测器。所述的X射线探测器结构由上至下分为：21-金属层；22-界面层；23-AgBi2I7单晶片；24-金属层；25-界面层；图3为对应样品的物相分析结果数据，显示材料为AgBi2I7，立方结构，属Fd3m空间群。图4为基于AgBi2I7单晶体的X射线探测器件的X射线响应数据，在图中，可以看出当X射线源开启时，探测器由于
电阻减小而输出大的
电流信号，当X射线源关闭时，探测器由于电阻恢复初始值而输出小的电流信号，探测器对X射线响应灵敏。图5为基于AgBi2I7单晶体的X射线探测器件在不同X射线
剂量率照射下输出的光电流
密度，结果表明X射线探测灵敏度为364.7μC Gyair-1cm-2。与传统的碲锌镉X射线探测器灵敏度(318μC Gyair-1cm-2)相当，高于非晶硒X射线探测器的灵敏度(20μC Gyair-1cm-2)。
[0042] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述
权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
