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[材料资讯] 赵奎、刘生忠:无金属钙钛矿单晶光电性质以及X射线探测器研究中取得重要进展

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发表于 2020-12-23 15:53:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
X射线是一种波长极短、能量很大的电磁波。它可以穿透一定厚度的物质,使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。由于X射线的这些性质,使其广泛应用于医学、测试表征、安检、工业探伤等方面,与人们的生活息息相关。然而X射线穿过人体时会引起人体生物大分子以及水分子的电离和激发反应。过量的X射线照射人体会影响生理机能,造成染色体异常,对人体生殖、神经和免疫系统造成直接伤害,是心血管疾病、糖尿病、癌变的主要诱导原因;同时X射线长期照射人体还有概率造成不孕不育、孕妇流产、胎儿畸形等可能;还可直接引起成年人的身体组织与骨骼发育,引起视力、记忆力下降和肝脏造血功能下降,严重者可导致视网膜脱落等;此外还会对信息安全造成隐患,过量的辐射会干扰周围其他电子设备,影响正常运作。所以专业人员都需配备放射线剂量测定装置,检测含量是否超标。

无金属钙钛矿单晶光电性质

无金属钙钛矿单晶光电性质
        金属基钙钛矿半导体材料在X射线探测方面展示了巨大的前景。但是由于金属具有较大的密度从而有较大的质量,在一些需要便携或者轻质量探测器的场合并不适用,例如X射线防护服上携带的检测装置,智能标签探测装置等。由于有机材料密度与人体当量接近更符合人体特征,且重量很轻,所以用于上述X射线检测是比较合适的。因此,我院和西北工业大学、以色列魏茨曼科学研究院的合作团队制备了一种不含金属的有机钙钛矿作为新型半导体材料并探究其基本光电性质,以适用于X射线探测。突破了以往有机单晶生长困难的问题,生长出了5×5×2 mm3的DABCO-NH4Br3钙钛矿结构的大尺寸单晶,单晶结晶质量较好,具有很低的缺陷态密度(8.1×1010 cm-3)和很小的半高峰宽。这种材料在可见光区没有任何吸收,最大程度的减少了探测过程中可见光对器件的影响;大的电阻导致了器件具有较大的暗电流从而降低了器件的噪声增加了灵敏度,从而得到了清晰的成像结果。作者对这种无金属钙钛矿材料的电荷传输特性进行了探究,想了解是什么导致了价带导带的传输。通过密度泛函理论计算发现导带主要是由有机大分子贡献,价带主要是由卤素贡献。电学测试还展现了长的电荷传输寿命。与传统有机材料相比具有较大的载流子扩散长度(28-55 μm)和迁移率(2 cm2·V-1·s-1),在探测性质上比传统有机材料有更高的灵敏度、更低的启动电压和低的检出限。

无金属钙钛矿单晶光电性质

无金属钙钛矿单晶光电性质
        这一成果近期以“Metal-free halide perovskite single crystals with very long charge lifetimes for efficient X-ray imaging”为题发表在Advanced Materials 上,文章的第一作者是我院宋鑫博士,通讯作者分别为我院赵奎教授和刘生忠教授、西北工业大学黄维院士以及以色列魏茨曼科学研究院Gary Hodes教授。


      文章来源:陕西师范大学
      赵奎,1983年5月生,陕西师范大学副教授,硕士生导师。中科院长春应化所博士,阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)博士后。主要从事薄膜太阳电池、大尺度制备和相变研究。承担和参与国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目6项。在SCI期刊上发表论文50余篇,其中一区论文45篇。在国际重要学术刊物如Joule,Energy Environ. Sci.,Adv. Mater.上发表论文多篇,申请国家发明专利5项。
       刘生忠,男,1963年生,宁夏平罗人。陕西师范大学教授、国家特聘教授。1983年获陕西师范大学理学学士学位,1986年获兰州大学理学硕士学位,1992年获美国西北大学工学博士学位。刘生忠教授研究领域集中在纳米材料、薄膜材料、太阳能光伏材料、电光薄膜的电化学沉积、激光表面处理和光伏技术的开发、放大和生产。研究成果发表在世界著名刊物上,包括美国的《Science》和英国的《Nature》。研究成果引起了广泛重视,其发表在《Science》上的C60分子结构被国际著名杂志长期用作封面照片,发表在英国《Nature》上的成果被许多报纸、刊物报道评论,多篇论文成为被“最多引用的论文”(most cited paper)。主要发明和专利中有多项已转化成工艺和产品,其它大部分被应用在生产上,其中“透明太阳能薄膜电池”荣获号称“发明家的奥斯卡奖”的“世界最佳发明奖”(R&D 100)。1998年入选“世界科学家工程师名人录”。2011年,刘生忠教授入选国家创新人才长期项目。
       黄维,男,汉族,1963年5月生于河北,1983年8月参加工作,北京大学毕业,研究生学历。1992年1月获理学博士学位,博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者,中国科学院院士,有机光电子学家,俄罗斯科学院外籍院士。现任西北工业大学常务副校长、党委委员、党委常委。

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