Highly luminescent zero-dimensional lead-free manganese halides for β-ray scintillation

放射发光 闪烁体 闪烁 材料科学 发光 光致发光 辐射 光电子学 伽马射线 激发态 卤化物 抗辐射性 光学 物理 化学 原子物理学 无机化学 探测器 天体物理学
作者
Linyuan Lian,Wei Qi,Huaiyi Ding,Hao Tian,Qi Ye,Yong‐Biao Zhao,Long Zhao,Jianbo Gao,Daoli Zhang,Jianbing Zhang
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (9): 8486-8492 被引量:38
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4447-7
摘要

Because of their moderate penetration power, β-rays (high-energy electrons) are a useful signal for evaluating the surface contamination of nuclear radiation. However, the development of β-ray scintillators, which convert the absorbed high-energy electrons into visible photons, is hindered by the limitations of materials selection. Herein, we report two highly luminescent zero-dimensional (0D) organic—inorganic lead-free metal halide hybrids, (C13H30N)2MnBr4 and (C19H34N)2MnBr4, as scintillators exhibiting efficient β-ray scintillation. These hybrid scintillators combine the superior properties of organic and inorganic components. For example, organic components that contain light elements C, H, and N enhance the capturing efficiency of β particles; isolated inorganic [MnBr4]2− tetrahedrons serve as highly localized emitting centers to emit intense radioluminescence (RL) under β-ray excitation. Both hybrids show a narrow-band green emission peaked at 518 nm with photoluminescence quantum efficiencies (PLQEs) of 81.3% for (C13H30N)2MnBr4 and 86.4% for (C19H34N)2MnBr4, respectively. To enable the solution processing of this promising metal halide hybrid, we successfully synthesized (C13H30N)2MnBr4 colloidal nanocrystals for the first time. Being excited by β-rays, (C13H30N)2MnBr4 scintillators show a linear response to β-ray dose rate over a broad range from 400 to 2,800 Gy·s−1, and also display robust radiation resistance that 80% of the initial RL intensity can be maintained after an ultrahigh accumulated radiation dose of 240 kGy. This work will open up a new route for the development of β-ray scintillators.
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