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山東大學(xué)劉董、陳耀合作團(tuán)隊(duì)在新型空間X射線探測(cè)材料與器件研究方面取得新進(jìn)展
近日，山東大學(xué)前沿交叉科學(xué)青島研究院劉董、陳耀合作團(tuán)隊(duì)在新型空間X射線探測(cè)材料與器件研究方面取得新進(jìn)展，成功合成了釹摻雜甲胺鉛溴鈣鈦礦(Nd-MAPbBr3)單晶，展現(xiàn)出良好的X射線耐輻照耐受性。相關(guān)成果以“Exploration of Nd-Doped MAPbBr3 Single Crystals for Potential Space X-Ray Detection”為題，在線發(fā)表于國際期刊ACS Applied Optical Materials。山東大學(xué)為本研究的第一作者及通訊作者單位，合作者包括中國科學(xué)院王浩、山東大學(xué)武中臣等。
高性能空間X射線探測(cè)器研發(fā)極具挑戰(zhàn)，器件需要同時(shí)滿足高抗輻照、長(zhǎng)期穩(wěn)定和高靈敏度的嚴(yán)苛指標(biāo)。傳統(tǒng)半導(dǎo)體X射線探測(cè)器面臨輻照誘導(dǎo)性能衰退、工作電壓高以及制備工藝復(fù)雜等局限，難以適應(yīng)低成本、規(guī)模化的商業(yè)航天需求。近年來，MAPbBr3鈣鈦礦憑借優(yōu)異的光電性能、較高的X射線吸收能力以及低廉的制備成本，成為新型空間光電探測(cè)器件的候選材料。然而，鈣鈦礦在空間環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。已有研究表明，稀土Nd3+獨(dú)特的電子構(gòu)型和適配的離子半徑，能夠有效穩(wěn)定MAPbBr3晶格結(jié)構(gòu)并抑制缺陷誘導(dǎo)性能衰減。但上述研究多集中在多晶薄膜器件，Nd3+摻雜MAPbBr3單晶的生長(zhǎng)及其空間X射線探測(cè)器的輻照耐受性研究，仍屬空白。
為此，該團(tuán)隊(duì)提出了通過稀土Nd3+摻雜提升MAPbBr3鈣鈦礦單晶穩(wěn)定性的新策略，通過改進(jìn)結(jié)晶方法成功合成了Nd-MAPbBr3單晶。基于該單晶制備的Nd-MAPbBr3空間X射線探測(cè)元件，在20 V cm-1低電場(chǎng)下表現(xiàn)出良好的線性響應(yīng)，最高靈敏度達(dá)到162.64 μC Gy-1 cm-2，最低檢測(cè)限低至4 μGy s-1，綜合性能遠(yuǎn)超商用探測(cè)器。為驗(yàn)證其空間應(yīng)用潛力，團(tuán)隊(duì)模擬了400 km低地球軌道的X射線輻照環(huán)境，對(duì)未封裝器件開展累積輻照測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)X射線累積輻照劑量達(dá)到320 mGy時(shí)，Nd-MAPbBr3探測(cè)元件靈敏度實(shí)現(xiàn)小幅提升。上述結(jié)果說明，Nd-MAPbBr3在低成本、低功耗、高靈敏、耐輻照的空間X射線探測(cè)領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力。
劉董、陳耀合作團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)、光電器件制作和空間模擬環(huán)境測(cè)試等領(lǐng)域開展學(xué)科交叉研究，研究成果先后發(fā)表于Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上。相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省博士后創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。
引用：劉董、陳耀合作團(tuán)隊(duì)在新型空間X射線探測(cè)材料與器件研究方面取得新進(jìn)展 山東大學(xué)【引用時(shí)間：2026年6月23日】
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