清华新闻网5月9日电 中子探伤在核能、核医学、航天及深空探伤、辐照物资检测、无损检测成像、中子散射等好多国民经济、国防安全以及基础科研范围有着遑急应用。由于中子的电中性脾气，以及核力短程性对其参预原子核所组成的甩手，对慢中子的探伤主要依赖于一些特别的轻核核素（如3He、10B和6Li）。相干词，跟着需求的连接增长，中子探伤材料的发展和应用也靠近着挑战。一方面，大家性的3He气体严重衰退迫使东谈主们鼎力酌量可替代3He气体正比计数器的其他探伤器时期（3He alternative detectors）；另一方面，中子探伤器的高性能多应用场景需求也亟待新式中子探伤材料的建设酌量。在当年几十年中，期骗含6Li和10B材料制备出的固体探伤器被无为酌量，举例闪耀体探伤器和10B/6Li颐养层涂覆的半导体探伤器等。在上述器件中，闪耀体和曲折型探伤半导体波及到屡次能量颐养和传递进程，会变成显耀的能量逝世在线av hsex，甩手了探伤器能量区别率和探伤效力的改善，而复杂的器件结构和不菲的制变资本又进一步甩手了这类中子探伤材料的发展。
径直型半导体探伤器大要在单一材料层中结束中子俘获、能量千里积、载流子产生和汇集，具有接近100%的表面本征探伤效力和器件结构简单的特色。相干词，在想象和建设具有适用于径直中子探伤的材料时仍然靠近诸多勤勉。符合于径直探伤中子的半导体材料应富含Li/B等强中子接纳元素、较大的带隙、高电子/空穴搬动率与寿命，以及可制备出大块高质地单晶等要求，现在已知的能同期较好地安静上述要求的材料体系未几。2020年好意思国酌量东谈主员在《当然》期刊上报谈了对于期骗化学气相传输法制备出新式半导体LiInP2Se6片状单晶，况且期骗该材料制备的探伤器结束了热中子的智谋探伤。然则基于化学气相传输法（CVT）得到的LiInP2Se6单晶厚度只消百微米量级，工艺进程无法放大且可控性差，这极地面甩手了中子探伤效力。开展大尺寸、高质地LiInP2Se6单晶酌量，可能鼓励和结束天下上第一个高效力、径直型热中子半导体探伤器的本体应用，对于中子探伤时期范围来说是极大的跨越和更正。
针对上述关节问题，清华大学材料学院李千副教讲课题组纠合工程物理系杨祎罡教讲课题组等团队建设了一种大尺寸、高质地LiInP2Se6单晶的孕育行为，通过Bridgman法制备出厘米量级的块体单晶，并结束了热中子探伤原型器件的考据。酌量中，通过调控Bridgman法孕育工艺（过热温度、结晶温度梯度、坩埚结构想象和下落速率等）初度到手制备出直径达12mm、厘米级长度的大尺寸块体单晶（图1a）。扫描透射电镜（图1b）和劳厄相机（图1c）测试终结标明Bridgman法制备所得晶体具有优良的单晶性和均匀性。光学二次谐波产生测试（SHG，图1d）进一步揭示了Bridgman法孕育应力的漫衍和影响。Bridgman法所得LiInP2Se6单晶对热中子具有鲁棒的辐射探伤响应（图2c），潜入其当作实用化固态中子探伤器的后劲，此外通过alpha粒子轰击实考据实了单晶考究的耐辐照智力。对比CVT和Bridgman法所得单晶的alpha粒子响应数据可知（图2a、b），现在在探伤性能方面CVT法所得单晶质地更优。舛误的存在和种类会影响载流子信息汇集，最终反应为对中子探伤性能的影响。进一步的试验和表面计较终结标明Bridgman法对应的晶体孕育环境更倾向于硒的缺结怨铟的过量，易形成VSe0和InLi2+两种更深能级的舛误（图2d）。舛误能级越深，对载流子产生管理作用越强，不利于载流子搬动，从而影响探伤性能，舛误机制的酌量为进一步优化Bridgman单晶质地提供了遑急依据。该责任建设了一种具有可控的、可放大性的LiInP2Se6块体单晶制备道路，进一步厘清了其晶体结构、电学性能和舛误机制的相干，并考据了原型LiInP2Se6单晶探伤器的实用化中子探伤智力，从而对径直型中子探伤材料及器件的酌量程度作出遑急推动。
图1.Bridgman法制备所得大尺寸LiInP2Se6单晶的结构特征
图2.LiInP2Se6单晶的辐射响应和舛误机制
相干效果以“块体LiInP2Se6单晶鲁棒的热中子探伤性能”（Robust thermal neutron detection by LiInP2Se6 bulk single crystals）为题，近日在线发表于外洋知名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。所建设的晶体制备工艺道路此前已得到中国发明专利授权。
材料学院2020级博士生杜子婉、工程物理系2020级博士生赖雨轩为论文的共同第一作家，清华大学材料学院李千副素养、李敬锋素养、工程物理系杨祎罡素养、华东师范大学吴宇宁酌量员为论文的通信作家，论文的其他遑急相助者还包括北京大学物理学院时期物理系付恩刚素养、澳大利亚国立大学化学酌量院刘芸素养、清华大学材料学院刘锴副素养、国度纳米科学中心郑强酌量员等。酌量得到国度当然科学基金基础科学中心名堂、面上名堂、国度要点研发打算、北京市当然科学基金以及清华大学材料学院交叉改变专项等的资助。
论文勾通：
https://doi.org/10.1002/adma.202212213
供稿：材料学院
裁剪：李华山
审核：郭玲在线av hsex
