近日，晶體材料國家重點實驗室陶緒堂教授團隊提出一種新型氧化物X射線探測材料的設計思路-孤對電子增強高溫硬X-射線探測效率。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，山東大學為唯一通訊單位。

針對目前X射線探測材料CdZnTe生長困難；鈣鈦礦材料環境和溫度穩定性差的劣勢，研究團隊設計并生長了新型氧化物晶體SnTe₃O材料。研究結果表明，SnTe₃O₈晶體可以在850 °C之前保持穩定，具有超高溫穩定性；并且該晶體還具有高的電阻率（2´10¹⁴ Ω cm），比傳統探測材料高兩個數量級；基于SnTe₃O₈晶體制備的X射線探測器具有超低的暗電流漂移（2.44´10^-9 nA cm^-1 s^-1 V^-1）、超低的檢測限（8.19 nGy_air s^-1）和實用化的室溫探測靈敏度（436 μC Gy_air^-1 cm^-2）；高溫175°C時，SnTe₃O₈晶體X射線探測器的靈敏度增加到617 μC Gy_air^-1 cm^-2。

圖1. X射線與含有孤對電子的Te4+陽離子相互作用下X射線光子的吸收和轉化過程示意圖

圖2  SnTe₃O₈和TiTe₃O₈晶體的X射線探測性能測試

優異的X射線探測性能表明SnTe₃O₈晶體在高溫硬X射線探測方面和低劑量放射性人員防護等方面具有巨大的應用潛力。本研究不僅制備了新型高溫硬X射線探測晶體SnTe₃O₈，同時，實驗結果驗證了含孤對電子的四價碲離子對X射線探測性能的增強作用，對新型X射線探測材料的設計具有指導意義。

研究工作得到了國家自然科學基金，山東省泰山學者攀登計劃，山東大學齊魯青年學者和晶體材料國家重點實驗室的大力支持。

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

（來源：山東大學晶體材料國家重點實驗室）