金属卤化物钙钛矿单晶是下一代 X 射线探测器的有前景的候选材料。使用钙钛矿 FAPbI₃单晶制造的 X 射线探测器展现出高检测灵敏度。然而，在实际应用中仍有两个紧迫问题需要解决：高质量 FAPbI₃单晶的取向控制生长以及其环保获取途径。鉴于此，陕西师范大学刘生忠&刘渝城团队在期刊《Advanced materials》发文，题为“Stable and Ultrasensitive X-Ray Detectors based on Oriented Single-Crystal Perovskite Rods”，在本研究中，使用生物质衍生的绿色溶剂生长了具有独特取向的大型高质量钙钛矿FAPbI3单晶棒(SCR)。由于取向FAPbI3单晶棒的高载流子迁移率和大的体电阻率，单晶探测器实现了创纪录的高X射线探测灵敏度(2.16 × 105 µC Gy−1 cm−2)和高暗电流密度比灵敏度(1.93 × 109 Gy−1 s)。此外，该探测器表现出超低的暗电流和X射线电流漂移，以及2 nGy s−1的检测限。这些特性使得探测器即使在低至12 nGy s−1的剂量率下也能实现高分辨率X射线成像。这项研究不仅为低剂量X射线探测提供了新的技术方案，也为低成本、环保地生产X射线探测器核心材料开辟了新途径。
三个创新点：
环保溶剂与取向控制生长方法
首次采用生物质衍生的绿色溶剂γ-戊内酯(GVL)替代传统高毒性的γ-丁内酯(GBL)，成功实现了FAPbI3钙钛矿单晶棒(SCRs)的取向控制生长。GVL的低毒性、低配位数(DN)和独特配位能力不仅解决了传统溶剂的环境与安全问题，还通过调控PbI6八面体链的生长方向，获得了具有均匀晶体取向的SCRs。
创纪录的材料性能指标
通过取向控制生长的SCRs展现出超高的载流子迁移率-寿命乘积(μτ = 7.82×10⁻² cm² V⁻¹)和极大的体电阻率(2.31×10¹¹ Ω·cm)，比传统三维钙钛矿单晶(BSCB)高2-3个数量级。这些特性使得探测器实现了目前钙钛矿X射线探测器的最高灵敏度(2.16×10⁵ μC Gy⁻¹ cm⁻²)和最低检测限(2 nGy s⁻¹)，同时暗电流漂移(1.28×10⁻⁸ nA cm⁻² V⁻¹ s⁻¹)和噪声电流(1.17×10⁻¹⁴ A Hz⁻¹/²)达到极低水平。
低剂量率下的高分辨成像能力
探测器在超低X射线剂量率(12 nGy s⁻¹，低于医疗诊断限值458倍)下仍可实现高分辨率成像(空间分辨率达12.6 lp mm⁻¹)，突破了传统钙钛矿探测器对高剂量率的依赖。这种性能得益于材料的高信噪比(SNR)和稳定的响应输出，为低剂量医疗影像和精密工业检测提供了新方案。
三个未来展望：
环保溶剂体系的扩展与优化
目前GVL溶剂仅应用于FAPbI3单晶生长，未来可探索其在其他卤素钙钛矿(如Br基、Cl基)或低维钙钛矿单晶合成中的适用性。同时需进一步优化溶剂配位动力学，实现更大尺寸、更高结晶质量的单晶可控生长。
规模化生产工艺开发
当前SCRs的制备仍依赖实验室级溶液法，需开发连续化、低成本的批量生产技术(如微流控结晶或卷对卷工艺)，并解决取向控制与相变(δ→α相)在规模化中的稳定性问题，以满足商业化探测器对材料一致性的要求。
器件集成与长期稳定性验证
需研究SCRs与CMOS/TFT像素阵列的兼容性集成工艺，探索柔性基底上的单晶生长技术以拓展应用场景。此外，尽管SCRs在空气中表现出短期稳定性，但其在高温、高湿或辐照环境下的长期(>1年)性能衰减机制仍需系统评估，为实际应用提供可靠性保障。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202504/27/388590.html
