近日，晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陶緒堂教授團(tuán)隊(duì)提出一種新型氧化物X射線探測(cè)材料的設(shè)計(jì)思路-孤對(duì)電子增強(qiáng)高溫硬X-射線探測(cè)效率。該成果以“Lone-pair Electrons Enhancement Effect: SnTe₃O₈ Hard X-ray Detection with Stable High-temperature Sensitivity and Ultralow Detection Limit”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials（IF=19.924）上。文章通訊作者為陶緒堂教授和高澤亮教授，2020屆博士生郭曉杰為第一作者，山東大學(xué)為唯一通訊單位。

針對(duì)目前X射線探測(cè)材料CdZnTe生長(zhǎng)困難；鈣鈦礦材料環(huán)境和溫度穩(wěn)定性差的劣勢(shì)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并生長(zhǎng)了新型氧化物晶體SnTe₃O材料。研究結(jié)果表明，SnTe₃O₈晶體可以在850 °C之前保持穩(wěn)定，具有超高溫穩(wěn)定性；并且該晶體還具有高的電阻率（2´10¹⁴ Ω cm），比傳統(tǒng)探測(cè)材料高兩個(gè)數(shù)量級(jí)；基于SnTe₃O₈晶體制備的X射線探測(cè)器具有超低的暗電流漂移（2.44´10^-9 nA cm^-1 s^-1 V^-1）、超低的檢測(cè)限（8.19 nGy_air s^-1）和實(shí)用化的室溫探測(cè)靈敏度（436 μC Gy_air^-1 cm^-2）；高溫175°C時(shí)，SnTe₃O₈晶體X射線探測(cè)器的靈敏度增加到617 μC Gy_air^-1 cm^-2。

圖1. X射線與含有孤對(duì)電子的Te4+陽(yáng)離子相互作用下X射線光子的吸收和轉(zhuǎn)化過(guò)程示意圖

圖2  SnTe₃O₈和TiTe₃O₈晶體的X射線探測(cè)性能測(cè)試

優(yōu)異的X射線探測(cè)性能表明SnTe₃O₈晶體在高溫硬X射線探測(cè)方面和低劑量放射性人員防護(hù)等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。本研究不僅制備了新型高溫硬X射線探測(cè)晶體SnTe₃O₈，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了含孤對(duì)電子的四價(jià)碲離子對(duì)X射線探測(cè)性能的增強(qiáng)作用，對(duì)新型X射線探測(cè)材料的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，山東省泰山學(xué)者攀登計(jì)劃，山東大學(xué)齊魯青年學(xué)者和晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202301002 

（來(lái)源：山東大學(xué)晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）