溶剂退火优化制备大面积柔性Cs2TeI6薄膜及其高性能X射线检测应用

为解决柔性X射线探测器在弯曲成像等领域中薄膜质量与性能不足的问题，研究人员通过电喷雾法结合溶剂退火工艺，成功制备出100 cm2大面积Cs2TeI6薄膜，灵敏度达554.8 μC·Gyair-1·cm-2，检测限低至17 nGyair·s-1，为无铅钙钛矿柔性器件规模化应用提供新策略。

　　

在医疗诊断、安检和无损检测等领域，X射线成像技术需求日益增长。传统刚性探测器难以适应曲面物体检测，而柔性X射线探测器因其可弯曲特性展现出独特优势。然而，开发高性能柔性探测器面临关键挑战：如何制备大面积、高结晶质量的检测薄膜。Cs₂TeI₆作为一种全无机无铅钙钛矿材料，具有高光电转换效率、稳定晶体结构和低暗电流等特性，成为理想候选材料。但现有制备方法难以兼顾薄膜质量与面积，制约其实际应用。

针对这一难题，西北工业大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，通过优化电喷雾法结合溶剂退火工艺，成功制备出100 cm²高质量柔性Cs₂TeI₆薄膜。研究系统考察了溶剂气氛、退火时间和冷却速率对晶体生长的调控机制，发现温度梯度与溶剂溶解的协同作用可促进晶界二次生长，显著提升薄膜均匀性。

关键技术方法
研究采用电喷雾法在聚酰亚胺（PI）基底上沉积Cs₂TeI₆前驱体薄膜，通过自建溶剂退火装置精确控制DMF溶剂气氛。采用分段降温策略（四组温度梯度）调控结晶动力学，结合截面分析法表征晶体生长机制。性能测试使用20 kVp X射线管电压评估灵敏度与检测限。

研究结果

晶体薄膜表征与生长机制
通过调控溶剂退火参数，发现缓慢降温（0.5°C/min）可使溶剂挥发与晶体再生长达到动态平衡，消除微裂纹。XRD显示优化后薄膜结晶度提升2.3倍，晶粒尺寸增大至1.2 μm。截面SEM证实溶剂退火促使晶界溶解-再结晶，形成致密跨层结构。

器件性能
最优器件灵敏度达554.8 μC·Gy_air^-1·cm^-2，较未优化样品提高187%。大面积薄膜（100 cm²）性能均匀性偏差<8%，检测限创17 nGy_air·s^-1新低，弯曲500次后性能保持率>95%。

结论与意义
该研究揭示了溶剂退火过程中温度梯度驱动晶体生长的动力学机制，建立了“溶解-再结晶”的普适性薄膜优化策略。所开发的大面积制备技术突破了柔性钙钛矿器件规模化应用瓶颈，为可穿戴医疗影像设备发展提供材料基础。国家自然科学基金（62104194）等资助支持了该研究。