本發(fā)明涉及水下x射線探測成像領(lǐng)域。更具體地，涉及一種二維鈣鈦礦閃爍體在水下x射線探測成像中的應用。

背景技術(shù)：

1、由于重要的戰(zhàn)略需求，人們對廣闊但尚未開發(fā)的海洋投入了極大的興趣，如水下目標勘探、水下工程維護、水下環(huán)境測量，從而對水下成像技術(shù)提出更高的要求。尤其是水下x射線成像技術(shù)，具有高穿透能力、快速性、準確性和無損檢測的優(yōu)點。x射線成像探測分為直接探測和間接探測。其中，間接x射線探測的核心部件是閃爍體，它可以被x射線激發(fā)產(chǎn)生低能量的光子，并被ccd探測到，是一種穩(wěn)定可靠，檢測效率高，成本低的無損檢測技術(shù)。目前，傳統(tǒng)的x射線閃爍體，如nai:tl、csi:tl、lyso:ce、lu3al5o12:ce和bi4ge3o12，已經(jīng)研制成功并投入商業(yè)應用，但這些材料的制備工藝復雜且昂貴。并且，惡劣的水下環(huán)境對作為x射線水下成像系統(tǒng)核心的閃爍體提出更嚴格的要求，所以這些傳統(tǒng)的離子閃爍體大多不適用于水下x射線探測成像。因此，尋找一種高度防水的閃爍體，對于保證水下x射線成像的持久性能具有重要意義。

2、金屬鹵化物鈣鈦礦在閃爍體材料的開發(fā)中具有巨大的潛力，因為它們具有很強的射線阻擋力、可調(diào)的帶隙、優(yōu)異的輻射發(fā)光、可溶液加工和成本低的優(yōu)點。例如，全無機cspbbr3納米晶體作為一種典型的閃爍材料得到了廣泛的研究，它表現(xiàn)出較高的熒光量子產(chǎn)率(plqy)，無余暉的短衰變時間，以及在x射線成像中的高空間分辨率。然而，cspbbr3納米晶體的一些缺陷仍然阻礙其作為閃爍體的實際應用，例如，較差的輻射穩(wěn)定性和由光子自吸收引起的較低的光輸出效率。雖然已報道的鈣鈦礦閃爍體具有很大的應用潛力，但由于其離子性質(zhì)，其對液態(tài)水的致命敏感性仍然存在，到目前為止，只限于無水的x射線成像應用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種二維鈣鈦礦閃爍體在水下x射線探測成像中的應用。該應用中，所述二維鈣鈦礦閃爍體具有較好的疏水性，其用于水下x射線成像領(lǐng)域時，實現(xiàn)了高疏水性以及高量子產(chǎn)率，表現(xiàn)出優(yōu)異的水下閃爍性能和輻射穩(wěn)定性，以及很好的空間分辨率。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

3、一種二維鈣鈦礦閃爍體在水下x射線探測成像中的應用，所述二維鈣鈦礦閃爍體為金屬離子摻雜的r2pbx4；

4、其中，r為具有疏水特性的有機陽離子；

5、x選自cl-、br-或i-中的一種或幾種。

6、進一步地，所述金屬離子選自mn2+、li+或eu3+中的一種或幾種。通過金屬離子的摻雜可改善該二維鈣鈦礦閃爍體的閃爍性能。

7、進一步地，所述r選自具有疏水特性的有機胺離子。

8、進一步地，所述r選自c8h17nh3+、c6h5ch2ch2nh3+、c12h25nh3+、c16h33nh3+或c18h37nh3+中的一種或幾種

9、進一步地，所述二維鈣鈦礦閃爍體的粒徑為100nm-2μm。此時得到的二維鈣鈦礦閃爍體的水下閃爍性能、輻射穩(wěn)定性和空間分辨率均更優(yōu)。

10、進一步地，將所述二維鈣鈦礦閃爍體以膜的形式用于水下x射線探測成像中。

11、進一步地，所述膜的厚度為0.5μm-1mm。膜的厚度影響著水下x射線探測成像的效果。在此范圍內(nèi)，膜的厚度越薄，水下x射線探測成像輻射穩(wěn)定性好，空間分辨率優(yōu)。

12、進一步地，采用成膜法將所述二維鈣鈦礦閃爍體制備成薄膜用于水下x射線探測成像中。示例性成膜法包括但不限于壓片法、刮刀涂布法、硅樹脂封裝或聚合物封裝中的一種或幾種。

13、進一步地，所述r2pbx4的制備包括如下步驟：

14、將有機胺化合物與hx溶于溶劑中，再于0℃以下環(huán)境溫度攪拌至溶液的溫度為常溫；

15、將溶液加熱至澄清；

16、將上述澄清的溶液與pbx2的hx溶液混合，反應；

17、將反應后的溶液冷卻至沉淀出白色晶體，再經(jīng)純化、冷凍干燥，即得；

18、其中，所述r、x的定義如上所示。

19、本發(fā)明中，通過上述制備方法制備得到的r2pbx4用于水下x射線探測成像中時，具有相對更優(yōu)異的水下閃爍性能、輻射穩(wěn)定性和空間分辨率。

20、進一步地，所述有機胺化合物選自辛胺、苯乙胺、十二胺、十六胺或十八胺中的一種或幾種。

21、進一步地，所述溶劑選自冰醋酸。

22、進一步地，所述0℃以下環(huán)境溫度優(yōu)選為冰水。

23、進一步地，所述將溶液加熱至澄清為將溶液加熱至100-150℃。

24、進一步地，所述澄清的溶液與pbx2的hx溶液混合后即發(fā)生反應，反應后的溶液呈乳白色。

25、進一步地，所述純化包括采用不良溶劑凈化和離心的步驟。其中，不良溶劑包括但不限于選自水、甲苯、氯苯、乙醚或丙酮中的一種或幾種。

26、進一步地，所述二維鈣鈦礦閃爍體的制備包括如下步驟：

27、采用退火的方式，將金屬離子摻雜于r2pbx4中；

28、其中，所述退火在惰性氣氛中進行，所述退火的溫度為80-200℃。

29、進一步地，所述惰性氣氛選自氮氣或氬氣。

30、進一步地，所述退火的方式具體包括：將金屬離子摻雜于r2pbx4中方法包括：將金屬離子對應的金屬鹵化物與r2pbx4研磨或球磨混勻，在惰性氣氛中退火，得到所述維鈣鈦礦閃爍體。

31、進一步地，所述金屬鹵化物與r2pbx4的質(zhì)量比為0.1％-80％。例如，當金屬離子為mn2+時，其鹵化物與r2pbx4的質(zhì)量比優(yōu)選范圍在1％-30％；當金屬離子為li+時，其鹵化物與r2pbx4的質(zhì)量比優(yōu)選范圍在0.1％-30％；當金屬離子為eu3+時，其鹵化物與r2pbx4的質(zhì)量比優(yōu)選范圍在10％-80％。在這些條件下，二維鈣鈦礦閃爍體的熒光量子產(chǎn)率更高，水下閃爍性能優(yōu)異。

32、進一步地，所述二維鈣鈦礦閃爍體作為柔性閃爍體屏用于水下x射線探測成像中。

33、本發(fā)明的有益效果如下：

34、本發(fā)明中提供的應用中，通過對二維鈣鈦礦閃爍體組分的確定以及摻雜工程的結(jié)合，使得該二維鈣鈦礦閃爍體表現(xiàn)出高疏水性以及高量子產(chǎn)率，能很好的用于水下x射線探測成像中。該應用中，二維鈣鈦礦閃爍體的特定制備方法賦予了由其制備得到的柔性閃爍體屏可實現(xiàn)水下x射線清晰成像，無畸變和暈圈失真，并具有優(yōu)異的長期輻照穩(wěn)定性以及很好的空間分辨率，實現(xiàn)了鈣鈦礦水下x射線成像的概念。首次將鈣鈦礦與水下x射線成像探測相結(jié)合，實現(xiàn)了對水生生物骨骼和其他物體的清晰水下射線成像，對水下目標偵察/探測/識別、水下考古和海底源探測技術(shù)的發(fā)展具有積極的作用。

技術(shù)特征：

1.一種二維鈣鈦礦閃爍體在水下x射線探測成像中的應用，其特征在于，所述二維鈣鈦礦閃爍體為金屬離子摻雜的r2pbx4；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，所述金屬離子選自mn2+、li+和eu3+中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，所述r選自具有疏水特性的有機胺離子；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，所述二維鈣鈦礦閃爍體的粒徑為100nm-2μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，將所述二維鈣鈦礦閃爍體以膜的形式用于水下x射線探測成像中。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應用，其特征在于，所述膜的厚度為0.5μm-1mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的應用，其特征在于，所述r2pbx4的制備包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應用，其特征在于，所述將溶液加熱至澄清為將溶液加熱至100-150℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，所述二維鈣鈦礦閃爍體的制備包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應用，其特征在于，將金屬離子摻雜于r2pbx4中方法包括：將金屬離子對應的金屬鹵化物與r2pbx4研磨或球磨混勻，在惰性氣氛中退火；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種二維鈣鈦礦閃爍體在水下X射線探測成像中的應用，所述二維鈣鈦礦閃爍體為金屬離子摻雜的R<subgt;2</subgt;PbX<subgt;4</subgt;；其中，R為具有疏水特性的有機陽離子；X選自Cl<supgt;?</supgt;、Br<supgt;?</supgt;和I<supgt;?</supgt;中的一種或幾種。該應用中，所述二維鈣鈦礦閃爍體具有較好的疏水性，其用于水下X射線成像領(lǐng)域時，實現(xiàn)了高疏水性以及高量子產(chǎn)率，表現(xiàn)出優(yōu)異的水下閃爍性能和輻射穩(wěn)定性，以及很好的空間分辨率。

技術(shù)研發(fā)人員：孫承華,鄭金曉,周子安,馮迢,周樹云
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院理化技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21