陶绪堂教授团队提出一种新型氧化物X射线探测材料的设计思路

近日，晶体材料国家重点实验室陶绪堂教授团队提出一种新型氧化物X射线探测材料的设计思路—孤对电子增强高温硬X-射线探测效率。该成果以“Lone-pair Electrons Enhancement Effect: SnTe3O8Hard X-ray Detection with Stable High-temperature Sensitivity and Ultralow Detection Limit”为题，发表在Advanced Functional Materials（IF=19.924）上。文章通讯作者为陶绪堂教授和高泽亮教授，2020届博士研究生郭晓杰为第一作者，山东大学为唯一通讯单位。


图1.X射线与含有孤对电子的Te4+阳离子相互作用下X射线光子的吸收和转化过程示意图


图2 SnTe3O8和TiTe3O8晶体的X射线探测性能测试

针对目前X射线探测材料CdZnTe生长困难；钙钛矿材料环境和温度稳定性差的劣势，研究团队设计并生长了新型氧化物晶体SnTe3O材料。研究结果表明，SnTe3O8晶体可以在850 °C之前保持稳定，具有超高温稳定性；并且该晶体还具有高的电阻率（2′1014Ω cm），比传统探测材料高两个数量级；基于SnTe3O8晶体制备的X射线探测器具有超低的暗电流漂移（2.44′10-9nA cm-1s-1V-1）、超低的检测限（8.19 nGyairs-1）和实用化的室温探测灵敏度（436 μC Gyair-1cm-2）；高温175°C时，SnTe3O8晶体X射线探测器的灵敏度增加到617μC Gyair-1cm-2。

优异的X射线探测性能表明SnTe3O8晶体在高温硬X射线探测方面和低剂量放射性人员防护等方面具有巨大的应用潜力。本研究不仅制备了新型高温硬X射线探测晶体SnTe3O8，同时，实验结果验证了含孤对电子的四价碲离子对X射线探测性能的增强作用，对新型X射线探测材料的设计具有指导意义。

研究工作得到了国家自然科学基金，山东省泰山学者攀登计划，山东大学齐鲁青年学者和晶体材料国家重点实验室的大力支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202301002