一种二维银铋基单晶的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及探测晶体材料制备技术领域，尤其涉及一种二维银铋基单晶的制备方法及其应用。

背景技术

自1895年伦琴教授发现X射线以来，X射线已经成为人类认识和改造世界强有力的手段，这主要得益于其强穿透性，可用于检测人眼无法看到的物体内部信息，因而被应用在科学研究、医疗诊断、工业探伤等领域。X射线的检测手段简单的可以划分为闪烁体探测器和直接探测器。前者使用磷光体或闪烁体材料将X射线转换为可见光，然后通过电荷耦合器件或光电二极管收集并转换为电信号，过程复杂，制作成本高昂。后者可以直接转换射线为电信号，因而在便携医疗，大面积制作和低成本制作方面更具有优势。然而目前已经商业化的直接探测器如a-S e性能偏低，灵敏度只有20μC Gy

随着X射线检测技术的发展，对其核心部件X射线探测器的要求越来越高，但是目前市面上的这些材料已经无法满足这一迫切需求。一个理想的探测器应该有较强的射线吸收、优异的电荷传输、绿色无毒以及各类复杂环境下的高稳定性。因此，提供一种二维银铋基单晶的制备方法，以提高单晶的机械性能、电荷传输性能以及稳定性，用于X射线成像或辐射防护中具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维银铋基单晶的制备方法及其应用，以解决现有技术中探测器稳定性差以及电荷传输性能差的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二维银铋基单晶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将卤化银、卤化铋和溶剂混合，得到溶液A；

(2)将有机间隔分子和溶剂混合，得到溶液B；

所述有机间隔分子为正丙胺、苯乙胺丁二胺或胺卤素盐；

(3)将溶液A、溶液B和溶剂混合后顺次进行结晶、干燥，即可得到二维银铋基单晶。

作为优选，所述步骤(1)中，卤化银、卤化铋和溶剂的用量比为4～10mmol：4～10mmol：15～170mL；

所述卤化银为氟化银、氯化银、溴化银或碘化银；所述卤化铋为氟化铋、氯化铋、溴化铋或碘化铋。

作为优选，所述胺卤素盐包含丁二胺氢溴酸盐、四丁基碘化铵、二乙胺氢溴酸盐和三丙胺氢溴酸盐中的一种或几种。

作为优选，所述步骤(1)、(2)、(3)中，溶剂独立地包含二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、水、甲醇、氢溴酸、氢碘酸、盐酸、硝酸和次磷酸中的一种或几种。

作为优选，所述步骤(2)中，有机间隔分子和溶剂的摩尔体积比为18～40mmol：10～40mL。

作为优选，所述步骤(3)中，溶液A、溶液B和溶剂的体积比为5～7：2～4：0～4；所述结晶为蒸发结晶或反溶剂重结晶。

作为优选，所述蒸发结晶的温度为20～80℃。

作为优选，所述反溶剂重结晶的溶剂为甲苯、乙醚、丙酮、二氯甲烷和二氯乙烷的一种或几种。

作为优选，所述步骤(3)中，干燥的温度为50～90℃，干燥的时间为10～100min，干燥的压强为80～120Pa。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过有机间隔分子调节和工艺优化，制得了具有稳定性、厚度可调节、层间耦合紧密的二维银铋基单晶，相比其他二维AgBi基单晶，本发明制备的单晶因为层间耦合紧密、离子迁移活化能高，表现出了更强的机械性能、更高效的电荷传输和更稳定的基线，并且介电常数明显升高，有利于最终器件探测性能的提升。

(2)本发明所制得的稳定高性能的二维银铋基单晶具有结构组分灵活多变，易于产业化制备，制作工艺简单，成本低廉等优点，具有远优于商业化a-Se等材料的探测性能。

附图说明

图1为实施例1～2以及对比例1制备的二维银铋基单晶的实物图；

图2为实施例1～2以及对比例1制备的二维银铋基单晶的XRD图；

图3为实施例1～2以及对比例1制备的二维银铋基单晶的TGA图；

图4为实施例1～2以及对比例1制备的二维银铋基单晶的介电常数测试图；

图5为实施例3制备的BDA

图6为实施例4的BDA

图7为实施例1～2以及对比例1制备的二维银铋基单晶的结构图；

图8为实施例6的TBA

具体实施方式

本发明提供了一种二维银铋基单晶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将卤化银、卤化铋和溶剂混合，得到溶液A；

(2)将有机间隔分子和溶剂混合，得到溶液B；

所述有机间隔分子为正丙胺、苯乙胺、丁二胺或胺卤素盐；

(3)将溶液A和溶液B混合后顺次进行结晶、干燥，即可得到二维银铋基单晶。

在本发明中，所述有机间隔分子优选为苯乙胺、丁二胺或胺卤素盐，进一步优选为胺卤素盐。

在本发明中，所述步骤(1)中，卤化银、卤化铋和溶剂的用量比为4～10mmol：4～10mmol：15～170mL；优选为10mmol：10mmol：100mL、10mmol：10mmol：170mL、10mmol：10mmol：70mL。

在本发明中，所述卤化银为氟化银、氯化银、溴化银或碘化银，优选为氯化银或溴化银，进一步优选为溴化银；所述卤化铋为氟化铋、氯化铋、溴化铋或碘化铋，优选为氯化铋或溴化铋，进一步优选为溴化铋。

在本发明中，所述将卤化银、卤化铋和溶剂混合后，优选在20～120℃下进行溶解，进一步优选为40～110℃，更优选为50～100℃。

在本发明中，所述胺卤素盐包含丁二胺氢溴酸盐、四丁基碘化铵、二乙胺氢溴酸盐和三丙胺氢溴酸盐中的一种或几种，优选为丁二胺氢溴酸盐和/或四丁基碘化铵，进一步优选为丁二胺氢溴酸盐。

在本发明中，所述将有机间隔分子和溶剂混合后，优选在-20～60℃下进行溶解，进一步优选为-10～50℃，更优选为50℃。

在本发明中，所述步骤(1)、(2)、(3)中，溶剂独立地包含二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、水、甲醇、氢溴酸、氢碘酸、盐酸、硝酸和次磷酸中的一种或几种，优选为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、水、氢溴酸、氢碘酸和次磷酸中一种或几种，进一步优选为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、水、氢溴酸和次磷酸中的一种或几种。

在本发明中，加入次磷酸能够防止碘离子和部分有机间隔分子在高温环境下的氧化。

在本发明中，所述步骤(2)中，有机间隔分子和溶剂的摩尔体积比为18～40mmol：10～40mL，优选为20mmol：30mL或25mmol：30mL或40mmol：40mL。

在本发明中，所述步骤(3)中，溶液A、溶液B和溶剂的体积比为5～7：2～4：0～4，优选为5：3：3或7：3：3或7：4：3或5：2：0，进一步优选为5：3：3或7：3：3；所述结晶为蒸发结晶或反溶剂重结晶，优选为蒸发结晶。

在本发明中，所述蒸发结晶的温度为20～80℃，优选为45～75℃，进一步优选为45℃或75℃；

在本发明中，所述反溶剂重结晶的溶剂为甲苯、乙醚、丙酮、二氯甲烷和二氯乙烷的一种或几种，优选为甲苯、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种或几种，进一步优选为二氯甲烷和/或二氯乙烷。

在本发明中，所述步骤(3)中，干燥的温度为50～90℃，优选为60～80℃，进一步优选为70℃；干燥的时间为10～100min，优选为20～90min，进一步优选为30～80min；干燥的压强为80～120Pa，优选为90～110Pa，进一步优选为100Pa。

本发明提供一种上述制备方法制得的二维银铋基单晶在X射线成像或辐射防护中的应用。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将10mmol的AgBr和10mmol的BiBr

实施例1的PA

实施例2

将10mol的AgBr和10mmol的BiBr

实施例2的BDA

实施例3

将10mmol的AgBr和10mmol的BiBr

将得到的BDA

实施例4

将10mmol的AgBr和10mmol的BiBr

将实施例4制得的BDA

实施例5

将10mmol的AgBr和10mmol的BiBr

实施例6

将10mmol的AgCl和10mmol的BiBr

将实施例6的TBA

对比例1

将4.5mmol的AgBr和4.5mmol的BiBr

对比例1的BA

将实施例1～2制得二维银铋基单晶以及对比例1制得的BA

由以上实施例可知，本发明提供了一种二维银铋基单晶的制备方法及其应用，首先将卤化银、卤化铋和溶剂混合，得到溶液A；再将有机间隔分子和溶剂混合，得到溶液B；最后将溶液A、溶液B和溶剂混合后顺次进行结晶、干燥，即可得到二维银铋基单晶，其中有机间隔分子为正丙胺、苯乙胺、丁二胺或胺卤素盐。本发明制备的单晶因为层间耦合紧密、离子迁移活化能高，变现出了更强的机械性能、更高效的电荷传输和更稳定的基线。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。