Ученые университета «Дубна» разработали эффективный метод получения перовскитных кристаллов для рентген-детекторов нового поколения. Исследователи создали оптимизированный протокол, с помощью которого можно не только вырастить кристаллы, но и улучшить их свойства, важные для применения в оптоэлектронике. Это прямой шаг к созданию первых прототипов рентген-детекторов на основе перовскитных галогенидов. Эти материалы превосходят кремний и аморфный селен, на основе которых работают современные детекторы, по целому ряду преимуществ: более дешевое и простое производство, лучшее поглощение ионизирующего излучения, меньшие требования к чистоте сырья, большая чувствительность и возможность встраивания в небольшие или гибкие конструкции.
Исследовательская группа кафедры химии, новых технологий и материалов и кафедры нанотехнологий и новых материалов смогла предложить эффективные и простые методики получения как больших монокристаллов, так и нанокристаллов (квантовых точек) бромида цезия-свинца – одного из лучших «кандидатов» для применения в детекторах рентгеновского излучения. Для синтеза монокристаллов был модифицирован метод кристаллизации парами осадителя, где каждый экспериментальный этап обоснован теоретическими расчетами. Так ученые создали методику, где четко определено «окно роста» кристалла, оптимальная концентрация прекурсоров и предварительный этап титрования для достижения контролируемого метастабильного состояния. При помощи этого протокола за одну неделю при комнатной температуре и атмосферном давлении образуются кристаллы размером до 1 см.
Данная методика была использована научной группой совместно с коллегами из ИФХЭ им. Фрумкина РАН в исследовании, посвященном улучшению подвижности электронов в кристаллах бромида цезия-свинца. В процессе выращивания кристаллы были допированы ионами хлора, благодаря чему удалось добиться более высокой электропроводимости материала.
«Перовскитные галогениды – уникальный «конструктор» с идеальными физическими свойствами. Тяжелые элементы в их составе – своего рода «щит», поглощающий рентгеновские лучи в разы лучше, чем кремний. Они дешевле в производстве – нужны растворы, минимальное оборудование и небольшие температуры, в то время как кремниевые кристаллы выращивают в печах при огромной температуре. Сейчас мы подошли к технологическому пределу возможностей старых материалов. Традиционные детекторы на основе кремния или аморфного селена работают неплохо, но чтобы получить четкую детализированную картинку, приходится увеличивать лучевую нагрузку на пациента. К тому же, для них нужны громоздкие панели – а мы рассчитываем, что наши разработки можно будет использовать еще и в небольших, гибких конструкциях», – говорит руководитель НИР «Перовскитные материалы для детектирования рентгеновского излучения» Рашид Назмитдинов.
Параллельно с синтезом монокристаллов разрабатываются способы получения нанокристаллов (квантовых точек) бромида цезия-свинца для создания сцинтилляционных гибких полимерных экранов. Способ получения сцинтилляционного материала на основе перовскитных квантовых точек для рентген-детекторов уже запатентован исследователями университета «Дубна».
Рентген-детекторы применяются в медицинских томографах, рентген-аппаратах, сканерах на вокзалах и в аэропортах, дефектоскопах в промышленности и дифрактометрах, позволяющих рассмотреть структуры материалов или белков на атомном уровне.
Источник: Минобрнауки России
