Фундаментальное материаловедение

Синтез нанокристаллического йодида цезия методом ультразвукового пиролиза
аэрозолей
Шеберстов К.Ф.
студент
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E–mail: ddd212@yandex.ru
Монокристаллы йодида цезия широко используются как в инфракрасной технике,
так и для создания сцинтилляционных датчиков рентгеновского и гамма-излучения. Для
увеличения световыхода сцинтилляционных датчиков йодид цезия часто активируют
таллием, однако находит применение в этой области и неактивированный CsI,
характеризующийся значительно более коротким, чем активированный, временем
затухания сцинтилляции τ ~ 10 нс. Получение йодида цезия в нанокристаллической
форме могло бы открыть новые, до сих пор не исследованные возможности по
управлению параметрами сцинтиллятора за счет квантово-размерных эффектов, влияния
поверхностных состояний и уменьшения области локализации возбужденных носителей
заряда. Однако в настоящее время эффективные методы синтеза наноразмерных ионных
кристаллов практически отсутствуют. В связи с этим, основной целью данной работы
был синтез нанокристаллического CsI методом пиролиза аэрозолей.
Для синтеза йодида цезия
была собрана экспериментальная
установка, схема которой
представлена на рис. 1. При
включении ультразвука, над
раствором требуемого состава
образуется туман, который улетает
вместе с потоком воздуха в печь,
где после испарения растворителя
из капель тумана образуются
микросферы требуемого вещества,
которые собираются на стеклянном фильтре. В ультразвуковой аппарат помещался
раствор CsI в дистиллированной воде (50 моль на литр воды), температура горячей зоны
варьировалась в интервале 550-650 °С с интервалом 50 °С.
Рис 1. Схема установки для пиролиза аэрозолей.
Полученные образцы были исследованы методами рентгенофазового анализа,
динамического светорассеяния, сканирующей и просвечивающей электронной
микроскопии. В работе было показано, что размер и микроструктура частиц сильно
зависят от температуры горячей зоны и концентрации раствора. Рентгенограммы всех
образцов, полученных при температурах 550, 600 и 650 °С, соответствовали
кристаллическому CsI. На основании полученных данных мы оценили средний размер
областей когерентного рассеяния (ОКР) по формуле Селякова-Шеррера. Как и
ожидалось, минимальный размер ОКР соответствовал образцу, полученному при
температуре 550 °С (40 нм), тогда как максимальный размер ОКР соответствовал
образцу, полученному при температуре 650 °С (60 нм). Согласно результатам
просвечивающей электронной микроскопии, частицы CsI имели сферическую форму.
Внутри частицы оказались полыми, а оболочка имела сложную пористую структуру.
Размер отдельных затемненных областей поверхности составлял в среднем около 50 нм,
что в целом согласуется с результатами расчетов ОКР.
Таким образом, в работе был разработан метод синтеза сферических микрочастиц
CsI путем пиролиза аэрозолей. Согласно полученным результатам, оптимальная
температура горячей зоны составляет 600 °С. Предварительные результаты оптических
измерений показывают, что синтезированные частицы CsI характеризуются
сверхбыстрой сцинтилляцией.