离子液体系中超快闪烁晶体碘化亚铜的生长与性能

γ晶相CuI是一种目前所知具有最快衰减特性的半导体型超快闪烁晶体。其发光衰减时间仅为90皮秒，且没有慢成分。有非常重要的应用前景。有望在超高计数率电子、γ射线和 X射线测量中发挥重要作用。.本项目针对CuI晶体研究过程中的瓶颈问题- - 大尺寸单晶生长，提出以卤化烷基类离子液体为生长体系，根据离子液体中的酸碱原理、络合原理、极化理论，研究卤化烷基类离子液体的结构、物化特性、温度等对CuI溶解性、结晶性和稳定性的影响。寻找适合生长CuI晶体的卤化烷基类离子液体生长体系。采用惰性气体保护下的降温法、温差法，生长出大尺寸、高品质的CuI晶体。结合生长机理，分析晶体缺陷产生的原因，总结宽带隙直接跃迁的半导体型闪烁晶体的发光特性。利用电子能级结构和缺陷类型判断晶体超快衰减的发光机理。

项目以CuI晶体在离子液体中的物化特性、生长和性能表征为研究目标，开展了卤化咪唑类离子液体的合成，生长溶剂的选择以及CuI/离子液体溶液的状态及生长工艺等一系列的研究工作。通过本项目的实施，发现离子液体可以作为一种新型的有机绿色溶剂来生长卤化亚铜类晶体。.通过调节N-甲基咪唑和卤代正丁烷的配比，控制反应温度和时间，加热回流得到较高纯度的[BMIm]Cl、[BMIm]Br、[BMIm]I三种离子液体，利用光谱方法加以分析表征。通过电导率、黏度的测定和XPS分析，确定[BMIm]Cl 和[BMIm]Br是较合适的生长溶剂。选用[BMIm]Br为生长溶剂，测量和分析了CuI在其中的溶解性和结晶性。.利用IR、UV-Vis、TG-DTA、XRD等仪器分析方法，研究利了O2、H2O、还原剂等对溶液状态稳定性的影响。根据溶解度曲线，确定溶液降温法和温差法是合适的晶体生长方法。分别设计出两种生长方法的装置。降温法生长的工艺条件为：原料真空除水除氧、铜片为还原剂、采用籽晶生长、油浴加热，生长得到10mm×7mm×2mm的CuI晶体。在温差法生长中，温场不够稳定性，得到了CuI多晶体。.对CuI晶体的热性能、相变、相结构等物化性能进行测试，分析CuI晶体对光和热的稳定性。XRD表明CuI晶体与PDF#06-0246 CuI一致，确定为γ晶相；TG-DTA表征了晶体的热稳定性，606˚C发生分解；UV-Vis表明CuI的直接间隙为2.9eV。. 在项目的研究过程中，发现氯化亚铜、溴化亚铜都可利用离子液体系来生长晶体。所以项目开展了氯化亚铜、溴化亚铜在卤化烷基类离子液体中的溶解性、结晶性、稳定性研究，并进行了晶体的生长。研究过程中还发现，碘化亚铜在有机溶剂乙腈也能生长出晶体，并研究了溶液的稳定性和结晶性，生长出了CuI晶体。