大学生创新创业训练计划项目申请书.docx

大孽生到新到城制四封封发旬申请名（创新训练项目）推荐学校西北师范大学项目名称新型金属卤化物Cs2ZrX6闪烁体X射线成像性能研究项目负责人 崔景昊 联系电话所在院系物理与电子工程学院学 号 专业班级2019级材料物理1班指导教师韩丽丽申请日期2022年4月15日起止年月2021年12月2022年12月甘肃省教育厅制二。二二年四月填写说明1、本申请书所列各项内容均须实事求是，认真填写，表达明 确严谨，简明扼要。2、申请人可以是个人，也可为创新团队。3、本申请书为大16开本（A4）,左侧装订成册。可网上下载、 自行复印或加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。基本情况目称 玉名新型金属卤化物CsZrX6闪烁体X射线成像性能研究所属 学科材料物理申请 金额20000 元起止年月2021年12月至2022年12月负责人 姓名崔景昊性别男民族汉族出生年月2001年9月学号联系电话指导 教师韩丽丽联系电话负责人曾经参与 科研的情况加入物理与电子工程学院学生科技创新团队“镯光工作室”，有一定 的科研能力。有能够独立完成材料实验研发的能力，并且具有一定 的技术分析能力。曾主持“国家级大学生创新创业训练计划”国家 级1项，校级1项。并参与过多次学术竞赛，并获得一定成绩。指导教师承担科 研课题情况主持国家自然科学基金项目2项；主持甘肃省高等学校科研项目1项，主持甘肃省自然科学基金项目1项主持第59批中国博士后科学基金面上资助1项主持西北师范大学青年教师科研能力提升计划1项国内外学术期刊上发表论文30余篇，第一作者发表SCI论文12篇指导教师对本项 目的支持情况给予了研发设备和研发技术的全力支持。研发成果整理和产出的全力指导。资金上的一定资助。研发原料和研发耗材的全力支撑。以及其他需要支持的方面。项 目 组 主 要 成 员姓名学号专业班级所在院系项目中的分工陈芹霞2019级材料物理 1班物理与电子工程 学院产品的研发和性 能分析杨江燕2019级材料物理 1班物理与电子工程 学院产品的研发和性 能分析二、立项依据（可加页）（一）研究目的（1）获得CS2Z1¾的制备条件，并制备出研究随原料浓度变化过程中，发光强 度的变化规律，并制备出发光性能较好的Cs2Z闪烁体。（2）研究反应温度、反应时间、原料浓度、添加剂等对目标产物尺寸、形貌 的影响，阐释热注射法或配体辅助再沉淀法下金属卤化物纳米晶体闪烁体的生长 机理。（3）研究金属卤化物闪烁体的发光性能，探讨实现反斯托克斯发光过程中内 在的物理过程。（4）研究在不同质量浓度和不同厚度下金属卤化物纳米晶体闪烁体复合薄膜对X 射线成像分辨率的影响。（二）研究内容（1）制备出Cs2Z¾且做出量子点是本项目的基本研究内容，通过改变原料浓 度、反应时间、反应温度、添加剂等实验参数来观测目标产物晶体结构、发光强 度及尺寸的变化，研究不同制备条件对材料形成的影响，最终获得Cs2Zr¾0（2）对上述制备的Cs2Zr¾闪烁体进行一系列的测试。通过XRD、扫描/透射 电镜、光致发光光谱、量子效率、光电流、紫外吸收光谱等测试手段研究其结构、 尺寸、发光强度中的基本物理过程，通过对上述测试数据进行一系列的分析，评 估Cs2Z在X射线探测领域上的应用潜力。（三）国、内外研究现状和发展动态X射线具有很强的穿透能力，1895年，伦琴首次发现了 X射线。由于X射线 与原子中的电子相互作用以电离目标材料，因此它倾向于携带具有不同光子强度 （剂量率）、方向和相位的对象信息，并允许准确检索对象信息。X射线凭借其对 物质无损的穿透性，在科学研究、医学诊断、质量检查和安防等领域具有无可替 代的优势。X射线与物质不同的相互作用方式产生不同的特征粒子，通过对特征 粒子的分析可以还原物质的内部结构信息，这就是X射线探测的原理。闪烁体是 一系列特殊的能量转换材料，能够吸收和转换高能射线辐射到可见光区域。在早 期的X射线成像中，由于传统闪烁体材料的化学成分密度相对较低，对高能辐射 的探测仍然表现出固有的弱点。因此，探索具有可调谐发光性能的新型X射线诱 导闪烁体具有非常重要的现实意义。近年来，金属卤化物闪烁体作为一个新兴的 半导体家族，以其较高的原子序数、优越的载流子寿命、可调谐的带隙、低温制 备工艺、大的迁移寿命、强的X射线吸收能力、易于合成等优点，在高性能X射 线探测器方面显示出巨大的潜力。目前，X射线检测器已广泛应用于医疗诊断、铁 路探伤、安检、工业产品无损检测、食品工业质量检测等领域。为了满足这些商 业应用，X射线成像仪应具有大面积，这需要比物体更大的阴影X射线图像。止匕外, X射线的剂量应足够小，特别是在医疗诊断中，以降低DNA损伤导致癌症的风险。 由于不同物质对X射线的吸收效率不同，X射线穿透物体后可以携带物体内部分布 信息，通过对这些X射线的检测得到相应的图像。X射线成像是X射线探测的视觉 形式，主要包括平面成像和计算机断层扫描（CT）两种方法。然而，经证实，高剂 量X射线会增加患者晚年患癌症的风险，因为电离辐射会破坏DNA,从而导致对个 人安全的担忧，特别是在医疗应用方面。检测材料的低性能和高成本仍然严重限 制了低剂量X射线成像的大规模推广，因此探索性能优越的新型X射线检测材料 是十分必要和迫切需要的。通常，X射线探测器有两种不同的可检测模式。根据探测方式的不同，X射线 探测器可以分为直接型探测器和间接型探测器。前者直接探测X射线穿透后的载 流子变化，后者首先将高能X射线光子转换为低能可见光子，再由光电二极管或 光电探测器阵列实现对X射线的探测或成像主要的是间接X射线检测，它通常使 用磷光体或闪烁体将X射线转换为可见光，并通过电荷耦合器件（CCD）或光电二 极管进一步收集，以将其转换为电荷。这是主流的X射线检测方法，其优点包括 方便、低成本、丰富的选择和灵活的转换率。止匕外，它还显示出与成熟传感器阵 列结合的更大潜力。然而，由于光散射串扰在转换层中的横向扩散以及转换效率 低，间接探测器显示出有限的空间和能量分辨率。此外，间接成像设备中闪烁体 和薄膜晶体管/互补金属氧化物半导体（TFT/CMOS）之间的光学耦合较弱（对于厚 度为200 m的闪烁体，传输损耗为5-10%）,这会影响成像质量。另一种可检 测的方法是基于半导体薄膜的直接X射线检测,它可以直接将辐射转化为电流.简 单的转换模式使直接X射线探测器具有宽的线性响应范围、快的脉冲上升时间、 高的能量分辨率和高的空间分辨率，可以与间接X射线探测器一起工作以获得更 高的效率。传统的直接型X射线探测器使用Si、Ge、Cd、Te等半导体材料作为能量转换 核心，虽然在灵敏度和响应速度方面具有一定的优势，但面临X射线吸收效率不 高、热噪声、漏电流等问题，且制备工艺较为复杂，成本较高。而间接型探测器 由于经过能量转化和再探测过程，闪烁体自身的闪烁特性和与探测器的匹配性共 同影响了探测效果，对材料的光学特性要求更高，但是目前的闪烁体材料由于昂 贵的原材料、复杂的制备工艺、较差的机械性能（Csl: TI闪烁体厚而易碎）和光学 性能（LYSO: Ce闪烁体中的强余辉）制约了它们的实际应用价值。一种理想的闪烁体应具有以下特性：高X射线阻挡能力、高光产额、高响应 速率、高稳定性、无自吸收和无毒性。事实上，目前并没有闪烁体能够满足所有 这些要求。因此能够在荧光研究中表现出较大的斯托克斯位移，低自吸收、较短 的荧光寿命，以及对环境友好的一种极具潜力的闪烁体材料，可能才是我们所真 正需要的°为了解决这些问题，一系列的新型闪烁体材料逐渐被开发出来。由于分子水 平的强结构量子限制，即使没有尺寸量子限制和明显的发射位点，一维块状金属 卤化物也能在光激发下发射强烈的可见光。同时，它们的软晶格有助于强光声耦 合效应和容易形成的具有较大的斯托克斯位移的自陷激子。因此，它们具有高光 致发光量子产率（PLQY）、优异的无线电发光（RL）光产率（每兆电子伏91056个光 子），并且可以提供有效的X光闪烁。然而，由于晶粒大，合成方法复杂，间接 检测策略不利于具有一定厚度和柔性的薄膜的工业大面积生产。实际应用还有很 长的路要走，需要满足诸多技术要求，包括结构优化、稳定性增强和成本降低等。本项目计划采用改进的热注射或者配体辅助再沉淀法（LARP法）制备 Cs2ZrX6,同时以聚苯乙烯（PS）聚合物为载体，通过流延法制备厚度可调的均匀、 柔性、可膨胀的柔性闪烁体薄膜，以此能够避免聚氯乙烯（PVC）板对X射线的吸收。 最后，基于不同厚度的Cs2Z柔性闪烁体薄膜，并详细探究其X射线成像的特性。二、主要参考文献：1 Su, Y. ; Ma, W. ; Yang, Y. , Perovskite semiconductors for direct X-ray detection and imaging. Journal of Semiconductors 2020, 41 (5).2 Xu, X. ; Qian, W. ; Xiao, S. ; Wang, J. ; Zheng, S. ; Yang, S. , Halide perovskites: A dark horse for direct X - ray imaging. EcoMat 2020, 2 (4).3 Li, Z. ; Zhou, F. ; Yao, H. ; Ci, Z. ; Yang, Z. ; Jin, Z. , Halide perovskites for high-performance X-ray detector. Materials Today 2021, 48, 155-175.4 Q. Hu, Z. Deng, M. Hu, A. Zhao, Y. Zhang, Z. Tan, G. Niu, H. Wu, J. Tang, X-rayscintillation in lead-free double perovskite crystals, Sci. China. Chem.61 (12)(2018) 1581 - 1586.5 S. Tie, W. Zhao, D. Xin, M. Zhang, J. Long, Q. Chen, X. Zheng, J. Zhu, W. H. Zhang,Robust fabrication of hybrid lead-free perovskite pellets for stable X-ray detectorswith low detection limit, Adv. Mater. 32 (31) (2020).6 W. Li, Y. Xu, J. Peng, R. Li, J. Song, H. Huang, L. Cui, Q. Lin, Evaporated perovskitethick junctions for X-ray detection, ACS Appl. Mater. Interfaces 13 (2) (2021)2971 - 2978.(四)创新点与项目特色创新点：目前对于金属卤化物闪烁体X射线探测和成像性能的研究还不够深 入，未见太多详细报道。本项目计划制备一系列CS2Z1闪烁体材料以及薄膜，并 且期待该物质具有高的原子序数、优越的载流子寿命、可调谐的带隙、低温制备 工艺、大的迁移寿命、强的X射线吸收能力、易于合成等优点。同时，详细系统 地研究Cs2Zr¾闪烁体材料的发光机理以及成像特性