路易斯碱修饰Cs4 PbBr6 /EP复合材料通过电子密度与结合能协同调控实现高效辐射屏蔽

针对航天电子器件在空间电离辐射下的性能退化问题，研究人员通过路易斯碱（TAA/KSCN/TA）修饰钙钛矿Cs4 PbBr6 填料，制备出环氧树脂基复合材料。XPS与DFT计算揭示电子转移通过提升Pb价电子密度（+0.0167）并降低结合能（Pb 4f5/2 从143.1 eV降至142.8 eV），使辐射屏蔽效率（RSE）提升至46.4%，封装MOSFET阈值电压偏移降低56%，为开发轻量化高效屏蔽材料提供新策略。

　　

随着航天技术的快速发展，空间探索任务面临严峻挑战：高能电子辐射会引发金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等电子器件的总电离剂量效应，导致航天器性能衰退。传统金属屏蔽材料重量大，而聚合物基复合材料虽轻量化却依赖功能性填料的性能突破。铅卤化物钙钛矿因其高原子序数和丰富核外电子成为理想候选，但如何通过电子结构调控进一步提升屏蔽效率仍是未解难题。

中国研究人员在《Materials Today Chemistry》发表的研究中，创新性地采用路易斯碱（硫代乙酰胺TAA、硫氰酸钾KSCN、硫脲TA）修饰Cs₄
PbBr₆
钙钛矿，通过配体辅助再沉淀法制备功能填料，并与环氧树脂（EP）复合形成辐射屏蔽材料。研究团队结合X射线光电子能谱（XPS）和密度泛函理论（DFT）计算，首次揭示电子转移对材料屏蔽性能的双重影响机制：路易斯碱提供的电子既增加铅原子价电子密度，又降低其轨道电子结合能，二者协同作用使辐射屏蔽效率（RSE）从43.2%提升至46.4%。

关键技术包括：1）配体辅助再沉淀法合成路易斯碱修饰钙钛矿；2）XPS分析电子结合能变化；3）DFT计算电子密度分布；4）1 MeV电子辐照实验评估器件抗辐射性能。

【材料表征】
SEM和EDS证实硫元素均匀分布在改性Cs₄
PbBr₆
中，XPS显示TAA修饰后Pb 4f_5/2
轨道电子结合能从143.1 eV降至142.8 eV，DFT计算表明Pb价电子密度增加0.0167，为电子转移效应提供直接证据。

【辐射屏蔽性能】
在1 MeV电子辐照下，TAA-Cs₄
PbBr₆
/EP封装MOSFET（TAA-MOS）阈值电压偏移仅1.55 V，显著低于未改性组（CPB-MOS:2.29 V）和空白组（Bare-MOS:3.36 V），证实材料屏蔽性能提升56%。

【机制分析】
研究提出"电子密度-结合能权衡"机制：虽然电子密度增加有利于屏蔽，但结合能降低会减弱电子对高能辐射的束缚能力。TAA修饰通过优化二者平衡，实现RSE提升3.2个百分点。

该研究不仅开发出性能优异的轻量化屏蔽材料，更首次阐明电子转移影响辐射屏蔽的物理机制，为新型功能材料设计提供理论指导。通过简单的化学修饰策略实现电子结构精准调控，避免了传统掺杂或合金化带来的工艺复杂性，在航天电子防护、核医学屏蔽等领域具有重要应用前景。作者团队指出，未来可进一步筛选电子给体能力更强的路易斯碱，或通过多元协同修饰实现性能突破。