Advanced Function Materials ：二维混合钙钛矿铁电体实现低驱动电压的高灵敏度X射线检测

文章来源：北科新材浏览次数：5723时间：2021-02-06 QQ学术交流群：1092348845

作者：Chengmin Ji, Sasa Wang, Yaxing Wang,* Huaixi Chen, Lina Li, Zhihua Sun, Yan Sui,* Shuao Wang,* and Junhua Luo*

成果简介

具有高灵敏度的X射线探测器在民用和军事领域都具有重要意义。在过去的几十年中，人们做出了很大的努力来提高常规无机材料的灵敏度，但是主要是以在相当高的工作电压下增加能量消耗为代价的。考虑到强铁电自发极化（P_s）有助于光诱导载流子的分离和传输，直接开发光敏铁电体作为检测器材料可能是一种概念上新的策略。本工作制备了一种2D混合卤化物钙钛矿铁电体(C₄H₉NH₃)₂(C₂H₅NH₃)₂Pb₃Br₁₀(BA₂EA₂Pb₃Br₁₀)(P_s=5μC cm⁻²)的高性能X射线检测器，并具有高达6.8×10³μC Gy_air⁻¹cm⁻²的超高X射线灵敏度在相对较低的工作电压下，仍比最新的α-Se X射线探测器大300倍以上。作为一项开创性的工作，这些发现为混合卤化物钙钛矿铁电体向高性能光电子器件的探索提供了信息。

图文介绍

a）通过DSC测量的热性能。 b）温度可变的介电常数。c）极化电场（PE）沿b轴和c轴的磁滞回线。 d）SHG信号的温度依赖性。

在顺电和铁电相中BA2EA2Pb3Br10的晶体结构比较。 BA₂EA₂Pb₃Br₁₀在a）270 K和b）385 K处的填充视图，沿b轴投影。为了清楚起见，省略了氢原子。

a）BA₂EA₂Pb₃Br₁₀的吸收光谱。插图：使用Tauc方法计算光学带隙。b）BA₂EA₂Pb₃Br₁₀的计算能带结构。c）单晶表面的SEM图像。d）BA2EA2Pb3Br10，CdTe和Si的吸收系数与光子能量的关系。

a）BA2EA2Pb3Br10的偏压依赖性光电导。应用Hecht方程以拟合光电导数据。 b）在10 V偏压下，在各种剂量率下X射线产生的光电流。 c）光电探测器的光电流与时间的关系图。 d）BA2EA2Pb3Br10具有可变剂量率的光电流与时间的关系图

结论

总之，本工作成功地提出了一种新颖的二维三层混合钙钛矿铁电体BA₂EA₂Pb₃Br₁₀，它具有高居里温度和突出的自发极化特性，表现出令人着迷的铁电性。着重指出，出色的铁电性能是极大的迁移寿命（μτ）的重要原因，这使BA₂EA₂Pb₃Br₁₀成为高性能X射线探测器。BA₂EA₂Pb₃Br₁₀的单晶X射线检测器显现出6.8×10³μC Gy_air⁻¹cm⁻²的超高灵敏度和在低电压下5.5μGy_airs^-1的低检测限，这对于光电设备的潜在应用至关重要。这些结果提供了混合铁电作为高性能X射线检测器的第一个示例，有望激发对新型铁电的进一步探索，以实现多样化的应用。

作者信息

C. M. Ji, S. S. Wang, H. X. Chen, Dr. L. N. Li, Prof. Z. H. Sun,

Prof. J. H. Luo

State Key Laboratory of Structural Chemistry

Fujian Institute of Research on the Structure of Matter

Chinese Academy of Sciences

Fuzhou, Fujian 350002, P. R. China

Dr. Y. X. Wang, Prof. S. A. Wang

School for Radiological and Interdisciplinary Sciences (RAD-X)

and Collaborative Innovation Center of Radiation Medicine

of Jiangsu Higher Education Institutions

Soochow University

Suzhou 215123, China

Prof. Y. Sui

Key Laboratory of Coordination Chemistry of Jiangxi Province

School of Chemistry and Chemical Engineering

Jianggangshan University

Ji’An, Jiangxi 342009, China

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