匡代彬/王旭東團隊：大面積鈣钛礦準單晶膜用于X射線光電探測與成像

X射線探測與成像技術廣泛應用于醫學影像、安全檢查、工業探傷、輻射監測等領域。近年來，金屬鹵化物鈣钛礦材料憑借着高的X射線吸收系數、優異的載流子傳輸能力和低成本等特點，在直接型X射線光電探測應用方面表現出了很好的應用潛力。考慮到X射線難聚焦，在探測成像應用中，X射線探測器的面積需要足夠大。然而，大尺寸鈣钛礦單晶可控制備及其高性能X射線探測與成像的研究具有很大的挑戰性。

圖1. TOC圖。圖片來源: Adv. Mater.

近日，太阳集团app首页匡代彬/王旭東團隊将超聲輔助結晶法與熱壓工藝相結合，實現了大面積（10 cm × 10 cm）和高品質的混合陽離子鈣钛礦（MA_0.42FA_0.58PbI₃）準單晶膜的制備。在鈣钛礦結晶過程中，借助超聲誘導實現快速均勻成核，為後續大面積鈣钛礦微晶膜的均勻生長提供了保障。經過熱壓處理後，鈣钛礦晶粒發生融合，晶粒間隙基本消除，從而獲得了鈣钛礦準單晶膜。與未經熱壓處理的微晶膜相比，準單晶膜的載流子遷移率和載流子遷移率-壽命乘積分别提升了~13倍（從1.8 cm² s⁻¹ V⁻¹至23.5 cm² s⁻¹ V⁻¹）和~18倍（從8.4 × 10⁻⁶ cm² V⁻¹至1.5 × 10⁻⁴ cm² V⁻¹）。得益于優異的載流子輸運性質，MA_0.42FA_0.58PbI₃準單晶膜光電器件在X射線探測中表現出了非常突出的探測靈敏度（1.16 × 10⁶ μC Gy_air⁻¹ cm⁻²）。X射線探測靈敏度超過了絕大多數文獻報道的鈣钛礦多晶膜或晶片，甚至與鈣钛礦單晶器件相媲美。器件的檢測限為37.4 nGy_air s⁻¹，較商業化α-Se探測器低了兩個數量級。在X射線探測成像中，探測器能清晰分辨門禁卡、電子元件等物體的内部結構（圖2）。這項工作為大面積鈣钛礦準單晶膜在X射線成像中的應用提供了新思路。

圖2. 大面積鈣钛礦準單晶膜及X射線成像。圖片來源: Adv. Mater.

相關研究成果發表在國際知名期刊Advanced Materials，太阳集团1088vip王旭東副教授和匡代彬教授為論文的共同通訊作者，李文廣博士後為該論文的第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金和廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的支持。

論文信息：

Wen-Guang Li, Xu-Dong Wang*, Yu-Hua Huang, and Dai-Bin Kuang*, Ultrasound-Assisted Crystallization Enables Large-Area Perovskite Quasi-Monocrystalline Film for High-Sensitive X-ray Detection and Imaging. Adv. Mater., 2023, 35, 2210878. DOI: 10.1002/adma.202210878.

文章鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210878