Výskumníci z Univerzity v Dubne v Rusku vyvinuli metódu na výrobu vylepšených perovskitových kryštálov pre röntgenové detektory novej generácie. Budú fungovať lepšie ako kremík a amorfný selén, materiály používané v súčasných zariadeniach.
Halogenidové perovskity a ich deriváty sa stávajú sľubnou triedou materiálov na detekciu ionizujúceho žiarenia. Ich jedinečná kombinácia vysokých atómových čísel, účinnej luminiscencie, nastaviteľných optoelektronických vlastností, tolerancie defektov a nízkych nákladov na syntézu z nich robí sľubnú alternatívu k tradičným materiálom. Okrem toho ponúkajú zlepšenú absorpciu ionizujúceho žiarenia, nižšie požiadavky na čistotu surovín, vyššiu citlivosť a možnosť integrácie do malých alebo flexibilných štruktúr. Jedným z najlepších kandidátov na použitie v röntgenových detektoroch je bromid cézia a olova (CsPbBr3). Výroba veľkých, vysoko kvalitných monokryštálov tohto materiálu pomocou ľahko dostupných metód však zostáva významnou výzvou. Výskumníci z Univerzity v Dubne navrhli účinnú a jednoduchú metódu na výrobu veľkých monokryštálov aj nanokryštálov (kvantových bodov) bromidu cézia a olova. Táto metóda umožňuje nielen pestovať kryštály, ale aj zlepšovať ich vlastnosti, ktoré sú dôležité pre optoelektronické aplikácie. Metóda výroby kryštálov je opísaná v článku „Rast monokryštálov perovskitu CsPbBr3 v centimetrovej škále s pomocou antisolventu: Teoreticky riadený prístup“, publikovanom v časopise Journal of Crystal Growth (2026).
Na syntézu monokryštálov bola použitá modifikovaná metóda kryštalizácie s použitím pary precipitátu (antisolventu). Precipitát je chemické činidlo pridané do roztoku na zníženie rozpustnosti cieľovej látky, čo spôsobuje jej vyzrážanie z kvapalnej fázy ako kryštály. Každý technologický krok je podložený teoretickými výpočtami, ktoré umožnili presné stanovenie parametrov okna rastu kryštálov a optimálnej koncentrácie východiskových látok. To umožňuje pestovať kryštály s veľkosťou až 1 cm už za jeden týždeň pri izbovej teplote a atmosférickom tlaku.
„Perovskitové halogenidy sú unikátnym „konštruktérom“ s ideálnymi fyzikálnymi vlastnosťami. Ťažké prvky, ktoré obsahujú, pôsobia ako „štít“ a absorbujú röntgenové lúče mnohonásobne lepšie ako kremík. Ich výroba je lacnejšia – vyžadujú si roztoky, minimálne vybavenie a nízke teploty, zatiaľ čo kremíkové kryštály sa pestujú v peciach pri extrémne vysokých teplotách. Teraz sme dosiahli technologické limity starších materiálov. Tradičné detektory na báze kremíka alebo amorfného selénu fungujú dobre, ale na získanie jasného a detailného obrazu musíme zvýšiť dávku žiarenia pre pacienta. Okrem toho vyžadujú objemné panely – a dúfame, že na náš vývoj sa dajú použiť aj v malých, flexibilných štruktúrach,“ povedal Rashid Nazmitdinov, doktor fyzikálnych a matematických vied a vedúci výskumného projektu.
Výskumníci spolu s kolegami z Frumkinovho inštitútu fyzikálnej chémie a elektrochémie Ruskej akadémie vied použili vyvinutú metódu v štúdii o zlepšení mobility elektrónov v kryštáloch. Aby to dosiahli, dopovali kryštály chloridovými iónmi počas rastu, čím dosiahli vyššiu elektrickú vodivosť.
Táto práca je priamym krokom k vytvoreniu prvých prototypov röntgenových detektorov na báze perovskitových halogenidov. Takéto röntgenové detektory sa používajú v lekárskych tomografoch, röntgenových prístrojoch, skeneroch na železničných staniciach a letiskách, detektoroch defektov v priemysle a difraktometroch, čo umožňuje skúmanie štruktúr širokej škály materiálov na atómovej úrovni.
Preložil: OZ Biosféra www.biosferaklub.info