【摘 要】
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CsI(Na)晶体作为一种重要的无机卤化物闪烁体,在工业探测、空间物理等领域得到广泛的应用。因此CsI(Na)晶体作为闪烁体探测器的核心部件,受到普遍的关注。国内外对CsI(Na)晶
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CsI(Na)晶体作为一种重要的无机卤化物闪烁体,在工业探测、空间物理等领域得到广泛的应用。因此CsI(Na)晶体作为闪烁体探测器的核心部件,受到普遍的关注。国内外对CsI(Na)晶体的研究也十分重视。因为CsI(Na)晶体作为闪烁体得到了广泛应用,所以CsI(Na)晶体发光特性的研究成为了一个重要的研究方向。本文则研究了 CsI(Na)晶体的表面结构对其发光特性的影响。本文主要从实验和模拟对闪烁体的表面结构进行了分析。实验方面研究主要通过研究CsI(Na)晶体潮解对其发光特性的影响以及微纳加工的CsI(Na)晶体表面对其发光特性的影响。CsI(Na)晶体潮解实验证实了随着未封装C sI(N a)晶体暴露在空气中时间的增加,其发光效率越差并与后续模拟实验做比对。另一方面,微纳加工的CsI(Na)晶体表面实验结果表明CsI(Na)晶体表面添加光子晶体使得闪烁体光输出得到显著上升。同时验证了光子晶体PS小球的最佳粒径为500nm。萃取效率最高可达15%。模拟方面,通过第一性原理计算,研究了水分子吸附对CsI(Na)晶体发光性能的影响。我们研究了水分子在CsI(Na)(010)表面吸附引起的能带结构、电子密度和光学性质的变化。采用广义梯度近似(GGA)描述电子间的交换势和相关势。计算结果表明,水分子在CsI(Na)(010)表面吸附后,能带宽度减小,价带出现三个新的峰。在相同的辐射强度下,从电子结构看吸附表面的光产额略微有所提高。同时,吸收系数与反射系数都大幅下降,表明表面对光的吸收大大降低。从模拟角度看,综合电子结构以及光学性质,可以得出,水分子在CsI(Na)(010)表面吸附后,会使得CsI(Na)(010)的发光效率大大降低。这些计算证实了我们的实验结果,并且表明水分子的吸附大大降低了 CsI(Na)晶体的发光效率。通过上述实验及模拟,可以看出CsI(Na)的表面结构会对其发光特性有极大的影响。同时使用第一性原理计算从理论角度解释了潮解使闪烁体发光效率降低的原因。以及验证了光子晶体PS小球对闪烁体发光效率的提升作用。对闪烁体晶体表面的研究仍需要进一步研究,从而更进一步提高闪烁体的发光效率并且降低闪烁体探测器的能量分辨率。
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