CuI晶体的生长与表征【文献综述】.doc

PAGE 4 PAGE 5 文献综述 应用化学 CuI晶体的生长与表征 一．选题背景 闪烁晶体 闪烁晶体是由放射线激发产生高效发光的荧光晶体。晶体产生的荧光经光导管送至光电倍增管，将光信号转变为放大的电脉冲，通过电子仪器记录下来。近10 多年来，新发现的闪烁体数量猛增。在新型闪烁晶体的探索研究方面，欧洲核子研究中心的Crystal Clear Collaboration (CCC) 小组、美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley Nationallaboratory ,LBNL) 的Derenzo小组以及荷兰Delft 理工大学的[1]Van Eijik 小组[2]等都做了大量出色的工作，令人瞩目。 近年来，随着核科学技术以及相关技术的飞速发展，闪烁晶体的应用领域不断拓宽。与此同时，不同应用领域对闪烁晶体也提出了更多更高的要求，使得闪烁晶体的研究和开发出现了前所未有的热潮。闪烁晶体主要用于核物理、高能物理、天体物理、地质勘探、石油测井、核医学成像、工业无损检查、港口安检等领域[3]。与普通的塑料高分子、液体、液晶以及荧光粉等闪烁材料相比，闪烁晶体具有密度高、体积小、物化性能和闪烁性能优良等显著特点，使得闪烁晶体在所有的闪烁材料中占据了重要的地位（主要是无机闪烁晶体）。在闪烁晶体的开发和性能改进方面，俄国的Bogoroditsk 技术化工厂，中国的上海硅酸盐所和北京玻璃研究院，以及乌克兰的Amcrys H，美国的Bicron 和CTI，捷克的Crytur，日本的Hi2tachi等公司也做了大量出色的工作。在闪烁晶体界都有较高知名度。自20世纪80年代初期起，我国也先后成功地开发了多种闪烁晶体，如: Bi4Ge3O12 (BGO)，BaF2，CeF3，CsI∶Tl 以及PbWO4 (PWO)等，为国际高能物理实验装置以及核医学成像仪器(PET)提供了大量的晶体，在国际核探测器界，特别是高能物理实验领域享有盛誉。 不过，相比而言，我国在有关新型闪烁晶体的探索性研究方面还不多见，因而迫切需要改变现状，以赶超国外同行。 离子液体简介 离子液体（室温离子液体）（Room Temperature Ionic Liquids），是指在室温或接近常温时呈液态，由有机阳离子与无机或有机阴离子组成的盐。又称低温熔盐、室温熔盐。与固态物质相比较，它是液态的；与传统的液态物质相比较，它又是离子的。 1914年P.walden[4]等人报道了在室温下呈液态的有机盐类--硝酸乙基胺([EtNH3]+[NO3]-)，是最早关于离子液体的报道；但是人们最早对离子液体的研究却始于1951年，Wier和Hurley[5]合成的氯化铝类离子液体。自此直到70年代，有关离子液体的报道并不多见。70年代以后，离子液体进入快速发展阶段。 离子液体具有很多独特的物理化学性质 ,如蒸汽压低、不挥发、不可燃、热容量大、离子导电率高、电化学窗口宽、物质溶解性好、萃取能力好、相稳定性好、热稳定性好、水稳定性好、酸碱稳定性好等[6]优点，使离子液体的研究和应用领域迅速扩展，而广泛应用于有机合成，分离分析，电化学以及功能材料等领域。 二．研究意义 新型闪烁晶体的探索主要目标是获得高密度、快衰减的晶体。过去人们主要研究的晶体几乎全部是绝缘体基质的，发现很少有闪烁晶体是亚纳秒( 1 ns) 级衰减的。尽管在BaF2晶体(4.88g/cm3) 中发现了亚纳秒(0.6 ns) 的超快衰减，但是在闪烁光中占的比例不大，强度较弱。后来，人们发现一些宽带隙直接跃迁的半导体材料如ZnO(Ga)，CdS(In)，CuI，PbI2，Hg2I2等，能利用激子发射或边带发射，从而获得纳秒甚至皮秒级快发光。使得超快衰减的半导体基闪烁晶体成为闪烁晶体今后研究和开发的一个重要方向。其中，γ晶相CuI[7]（通常所指的CuI闪烁晶体）发光衰减时间仅为90皮秒，且没有慢成分[8]，是目前人们所知的最快的无机闪烁晶体。CuI的光产额虽然比CsI(Tl)低。但在t0.1ns时间内发出的光子数却比CsI(Tl)晶体高40多倍。是一种有非常应用前景的超快闪烁晶体。 碘化亚铜[9-11]共具有α、β、γ三种晶相，其中低温γ晶相的CuI具有超快闪烁特性。与其它卤化亚铜（不稳定的氟化亚铜除外）类似，碘化亚铜的晶体在室温下为闪锌矿结构（γ-CuI），两种离子都为四面体配位。加热至390°C时转变为纤锌矿结构（β-CuI），若温度高于440°C，则以立方型结构存在（α-CuI）。由于碘化亚铜中的铜-卤素键键长（2.338 ?）大于另外两个卤化亚铜，故碘化亚铜的这两个转变温度比氯化亚铜和溴化亚铜的相应转变温度都要低[12]。?-CuI是在温度低于350℃时合成的立方结构的p型半导体材料，具有3.leV的直接能