热点应用丨钙钛矿质量控制中的辐射发光技术

X 射线和 γ 射线等电离辐射探测在医学成像、国土安全以及高能物理研究等诸多领域都至关重要。金属卤化物钙钛矿（如 CsPbBr₃）因其生产成本低、在宽光子能量范围（200–500 keV）内灵敏度高，且可在室温下工作，已成为 X 射线探测领域日益受青睐的材料。

这类材料要走向商业化，最大的挑战之一是如何获得高质量的块状晶体，因为晶体质量直接决定了探测器的性能。高质量晶体通常具有较高的载流子迁移率和较长的载流子寿命，这两者对于高效收集电荷至关重要。

本文介绍剑桥大学Samuel Stranks教授团队发表在《Advanced Materials》上的一项研究¹。在该研究中，作者采用辐射发光（RL）光谱技术，评估了CsPbBr₃晶体用于电离辐射探测的质量。

为了保证RL测量结果能真实反映晶体质量，需要使用高精度的科研级仪器。该研究的RL测量是在配备了XS1辐射发光样品室的爱丁堡仪器FLS1000光致发光光谱仪上完成的（图1）。XS1样品室通过液光导与FLS1000连接，可兼容连续输出（CW）和脉冲 X 射线源。

图 1：用于光谱测量的 FLS1000 光致发光光谱仪与 XS1 辐射发光样品仓连接示意图

研究人员通过控制晶体生长速率，合成了不同质量的CsPbBr₃单晶：低质量晶体（生长速率3 mm/h）、高质量A晶体（2 mm/h）和高质量B晶体（1 mm/h）。晶体的质量还通过其暗计数和对γ射线的响应进行了评估。辐射发光测量在配备XS1样品室的FLS1000光谱仪上进行。

将不同质量的单晶放入 XS1 样品仓，使用 X 射线源辐照，电压和电流分别设置为 60 kV/200 μA、40 kV/300 μA 或 20 kV/600 μA，每种情况下总功率均为 12 W。XS1 配套的 X 射线源可通过软件控制轻松调节电压和电流。发射信号由 PMT-980 探测器检测，其光谱覆盖范围可达 950 nm。

图 2：在 X 射线源分别工作于 (a) 60 kV 200 μA、(b) 40 kV 300 μA 和 (c) 20 kV 600 μA 条件下测得的不同质量 CsPbBr₃晶体的辐射发光（RL）发射光谱。