Разработан эффективный метод получения перовскитных кристаллов для рентген-детекторов нового поколения

05.03.2026

Разработан эффективный метод получения перовскитных кристаллов для рентген-детекторов нового поколения

Ученые Университета «Дубна» совместно с коллегами из ИФХЭ РАН разработали эффективный метод получения перовскитных кристаллов для рентген-детекторов нового поколения. Перовскиты предложены в качестве более выгодной замены кремния.

Рентген-детекторы применяются в медицинских томографах, рентген-аппаратах, сканерах на вокзалах и в аэропортах, дефектоскопах в промышленности и дифрактометрах — приборах, позволяющих рассмотреть структуры материалов или белков на атомном уровне.

Исследователи создали оптимизированный протокол, с помощью которого можно не только вырастить кристаллы, но и улучшить их свойства, важные для применения в оптоэлектронике.

Это прямой шаг к созданию первых прототипов рентген-детекторов на основе перовскитных галогенидов. Эти материалы превосходят кремний и аморфный селен, на основе которых работают современные детекторы, по целому ряду параметров. Они более дешевые и простые в производстве, лучшее поглощают ионизирующее излучение, менее требовательны к чистоте сырья, обладают большей чувствительностью и возможностью встраивания в небольшие или гибкие конструкции.

«Перовскитные галогениды — уникальный «конструктор» с идеальными физическими свойствами. Тяжелые элементы в их составе — своего рода «щит», поглощающий рентгеновские лучи в разы лучше, чем кремний. Они дешевле в производстве — нужны растворы, минимальное оборудование и небольшие температуры, в то время как кремниевые кристаллы выращивают в печах при огромной температуре. Сейчас мы подошли к технологическому пределу возможностей старых материалов. Традиционные детекторы на основе кремния или аморфного селена работают неплохо, но чтобы получить четкую детализированную картинку, приходится увеличивать лучевую нагрузку на пациента. К тому же, для них нужны громоздкие панели, а мы рассчитываем, что наши разработки можно будет использовать еще и в небольших, гибких конструкциях», — рассказал один из авторов разработки, руководитель НИР «Перовскитные материалы для детектирования рентгеновского излучения» Университета «Дубна» Рашид Назмитдинов.

Исследовательская группа смогла предложить эффективные и простые методики получения как больших монокристаллов, так и нанокристаллов (квантовых точек) бромида цезия-свинца — одного из лучших «кандидатов» для применения в детекторах рентгеновского излучения. Для синтеза монокристаллов был модифицирован метод кристаллизации парами осадителя, где каждый экспериментальный этап обоснован теоретическими расчетами. Ученые создали методику, где четко определено «окно роста» кристалла, оптимальная концентрация прекурсоров и предварительный этап титрования для достижения контролируемого метастабильного состояния. При помощи этого протокола за одну неделю при комнатной температуре и атмосферном давлении образуются кристаллы размером до 1 см.

Параллельно с синтезом монокристаллов ученые разрабатывают способы получения нанокристаллов (квантовых точек) бромида цезия-свинца для создания сцинтилляционных гибких полимерных экранов. Способ получения сцинтилляционного материала на основе перовскитных квантовых точек для рентген-детекторов уже запатентован исследователями Университета «Дубна».