γ-Cul闪烁体电子结构与光学性质理论研究

作     者：李美丛 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：欧阳晓平

授予年度：2023年

学科分类：082704[工学-辐射防护及环境保护] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：γ-CuI 元素掺杂 应力变化 第一性原理计算 电子结构 光学性质 

摘      要：目前,辐射探测技术在很多领域都有广泛的应用,随着科学技术的发展,人们对探测性能的要求也越来越高。碘化亚铜(CuI)被认为是已知的时间响应最快的无机闪烁体材料之一,有望在未来的γ和X射线探测和成像领域中发挥重大作用。目前,CuI闪烁体面临快成分发光强度弱和空间分辨能力有待提高等问题。因此,开展对CuI闪烁体的研究很有必要。我们通过改变γ-CuI材料组分以及微观结构来改变其电子结构以及光学性质,从而调控γ-CuI闪烁探测性能。在本文中,我们基于密度泛函理论的方法研究了 S、Se、Te、Cl、B、Zn不同浓度单掺杂,Cl、Zn不同比例共掺杂以及不同应力下γ-CuI闪烁体的电子结构以及光学性质,结果表明,除B元素掺杂的γ-CuI,Se、Te、Cl、B、Zn元素掺杂可以减少带隙,提高光子产额,改变光学性质,从而提高γ-CuI闪烁体的探测性能;Cl、Zn不同比例共同掺杂都会使γ-CuI带隙减少,并且Cl元素的掺入会减少由Zn掺杂引起的红移,当掺杂浓度CCl≥CZn时,光吸收系数以及反射系数都比本征γ-CuI小;当压应力从小到大(0.9-0.98)变化时,能带以及光学性质变化有波动;拉应力从小到大变化(1.02-1.1)时,带隙和光学性质变化有规律的,带隙随着拉应力变大而减少的,而光学性质随着拉应力变大而变弱,但是不管是电子结构变化还是光学性质变化都很小,也就是说,应力变化对γ-CuI闪烁体的电子结构以及光学性质影响很小,当外界环境发生应力变化,只要不是太大的变化,对于γ-CuI闪烁体探测器的探测性能影响是比较小的。通过本论文可以得知元素掺杂是一种提高γ-CuI闪烁体探测性能的良好方法,应力变化对其影响较小。相关研究结果能够为将来发展具有高探测性能的CuI闪烁体探测器提供有益的参考。