CN111697109A - 一种柔性x射线探测器的制备方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性X射线探测器的制备方法及系统。该方法包括：将氧化铋纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到墨水；在柔性衬底上制备插指电极；对所述柔性衬底进行预处理；将所述墨水注入喷墨打印机的墨盒中，调试相关参数，使墨水稳定喷出，所述相关参数包括电压、频率、打印波形和温度；在所述插指电极上方打印，调整打印参数，所述打印参数包括角度、点间距、打印层数；完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器。该制备方法或系统制备出的柔性X射线探测器无毒稳定，能够工业化一次性大面积制备柔性X射线探测器，同时具有节约成本、制备工艺简便的优点。

Description

一种柔性X射线探测器的制备方法及系统
技术领域
本发明涉及探测器的制备领域，特别是涉及一种柔性X射线探测器的制备方法及系统。
背景技术
X射线探测器是一种将X射线能量转换为电信号的装置，并且产生的电信号与辐射强度成正比。现今经历一百多年的发展，X射线在医学成像、癌症治疗、工业无损检测、公共安全检测、星际导航、晶体结构分析、材料光电子能谱分析等方面都有着广泛且重要的应用。常用的X射线探测器主要分为直接型X射线探测器和间接型X射线探测器。直接型探测器由转换层(光电导材料)和电荷采集电路组成，间接型探测器由转换屏(闪烁体材料)、光电二极管和电荷采集电路组成。间接型X射线探测器具有响应时间快，剂量低等优点，但也存在光光转化过程中的光损失以及串扰等缺点。直接型X射线探测器没有光光转化过程，具有成像质量好等优点。现有的直接型X射线探测器大多使用铅系(如PbI2、PbS、PbO等)、汞系(如HgI2等)、钙钛矿(如MAPbI3、MAPbBr3等)、有机(如PTAA，等)、量子点(如CdSe、ZnS、CdTe等)等材料，然而这些材料存在在制备过程中或材料本身具有对人体有害的有毒物质(如Pb、Hg)，或是材料非常昂贵(如PCBM，P3HT)，或是在X射线探测器制备过程中制备工艺复杂难以控制其稳定性等问题。这些问题使得直接型X射线探测器在工业制造与应用上存在较多困难。
专利(CN 110676342 A)中，使用结晶法制备A3B2I9型钙钛矿材料，然后再单晶表面蒸镀插指电极从而得到直接性X射线探测器。该种方法在制备单晶的过程繁复且耗时较长，且使用有毒溶剂会对人体及环境造成危害。
由此可知，现有技术的缺点如下：(1)含有有毒物质对人体或环境造成危害；(2)制备过程复杂，增加了不确定性，在工业生产应用上较为困难；(3)材料昂贵或工艺过程浪费严重使得成本较高；(4)一次性大面积制备以及阵列化制备困难。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种柔性X射线探测器的制备方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种柔性X射线探测器的制备方法，包括：
将氧化铋纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到墨水；
在柔性衬底上制备插指电极；
对所述柔性衬底进行预处理；
将所述墨水注入喷墨打印机的墨盒中，调试相关参数，使墨水稳定喷出，所述相关参数包括电压、频率、打印波形和温度；
在所述插指电极上方打印，调整打印参数，所述打印参数包括角度、点间距、打印层数；
完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器。
可选地，所述柔性衬底采用聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯或聚苯乙烯中任意一种材料。
可选地，所述柔性衬底厚度范围为20微米～1.5毫米。
可选地，所述电极金属采用金、银、钼或铜中任意一种材料。
可选地，所述在柔性衬底上制备插指电极，具体包括：
采用蒸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、喷墨打印或丝网印刷的工艺方法在柔性衬底上制备插指电极。
可选地，所述对所述柔性衬底进行预处理，具体包括：
将所述柔性衬底分别在乙醇、丙酮、异丙酮超声清洗10分钟，再UV处理20秒。
可选地，所述电压范围为6～40v，所述频率范围为0～20KHz、所述温度范围为20～60℃。
可选地，所述角度范围为0～90°，所述点间距范围为5～524μm。
可选地，所述完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器，具体包括：
将薄膜转移至加热板上进行干燥，得到柔性X射线探测器。
一种柔性X射线探测器的制备系统，包括：
墨水制备模块，用于将氧化铋纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到墨水；
插指电极制备模块，用于在柔性衬底上制备插指电极；
柔性衬底预处理模块，用于对所述柔性衬底进行预处理；
墨水注入模块，用于将所述墨水注入喷墨打印机的墨盒中，调试相关参数，使墨水稳定喷出，所述相关参数包括电压、频率、打印波形和温度；
打印模块，用于在所述插指电极上方打印，调整打印参数，所述打印参数包括角度、点间距、打印层数；
干燥模块，用于完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明使用喷墨打印的方法将调制的氧化铋纳米颗粒墨水打印在预先在柔性衬底上制备的插指电极上，形成均匀的薄膜，经过干燥之后形成直接型柔性X射线探测器。本发明使用经过调制的无毒氧化铋纳米颗粒墨水，具有无毒无功害、价格便宜、制备方法简单等优点。本发明采用喷墨打印的制备方法，在制备过程中几乎不浪费材料同时又解决了一次性大面积制备的困难。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明柔性X射线探测器的制备方法流程图；
图2为本发明柔性X射线探测器的制备系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种柔性X射线探测器的制备方法及系统，该制备方法或系统制备出的柔性X射线探测器无毒稳定，能够工业化一次性大面积制备柔性X射线探测器，同时具有节约成本、制备工艺简便的优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种柔性X射线探测器的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤101：将氧化铋纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到墨水。所述有机溶剂采用乙二醇。
步骤102：在柔性衬底上制备插指电极。
插指电极的尺寸可根据实际需求进行设计及制作，只要保证正负极不短路即可。柔性衬底包括但不限于聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚氯乙烯(PVC)，聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)等，衬底厚度为20微米～1.5毫米。电极金属包括但不限于金、银、钼、铜等。制备工艺包括但不限于蒸镀、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、喷墨打印、丝网印刷等工艺方法。
步骤103：对所述柔性衬底进行预处理，具体包括：
将所述柔性衬底分别在乙醇、丙酮、异丙酮超声清洗10分钟，再UV处理20秒。
这个步骤的目的是让墨水与电极和基板有更好的接触，在喷墨打印时候有更好的附着能力。
步骤104：将所述墨水注入喷墨打印机的墨盒中，调试相关参数，使墨水稳定喷出，所述相关参数包括电压、频率、打印波形和温度。
其中，电压范围为16～40v，频率范围为0～20KHz，温度范围为20～60℃，使墨水能够稳定喷出。
步骤105：在所述插指电极上方打印，调整打印参数，所述打印参数包括角度、点间距、打印层数。
其中，角度范围为0～90°，点间距范围为5～524μm，打印层数范围为从一层直到想要的厚度，通过调整打印参数，从而得到想要的面积与厚度。
步骤106：完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器，具体包括：
将薄膜转移至加热板上进行干燥，得到柔性X射线探测器。具体的在60℃的加热板上加热20分钟。这一步骤的目的是去除有机溶剂，只留下氧化铋纳米颗粒。
通过上述方法，采用喷墨打印无毒的氧化铋纳米颗粒墨水制备大面积X射线探测器。此外，将这种方法制备的X射线探测器与柔性基底结合，便可得到柔性直接性X射线探测器，能够良好的应用于曲面X射线探测。
如图2所示，本发明提供一种柔性X射线探测器的制备系统，该系统包括：
墨水制备模块201，用于将氧化铋纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到墨水。
插指电极制备模块202，用于在柔性衬底上制备插指电极。
柔性衬底预处理模块203，用于对所述柔性衬底进行预处理。
墨水注入模块204，用于将所述墨水注入喷墨打印机的墨盒中，调试相关参数，使墨水稳定喷出，所述相关参数包括电压、频率、打印波形和温度。
打印模块205，用于在所述插指电极上方打印，调整打印参数，所述打印参数包括角度、点间距、打印层数。
干燥模块206，用于完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器。
本发明与现有技术相比，具有下列优点：
1、该工艺制备方便简单，缩短了制备时间。
2、该工艺制造过程中几乎没有材料浪费。
3、该工艺过程无毒，对人体无害。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，包括：
将氧化铋纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到墨水；
在柔性衬底上制备插指电极；
对所述柔性衬底进行预处理；
将所述墨水注入喷墨打印机的墨盒中，调试相关参数，使墨水稳定喷出，所述相关参数包括电压、频率、打印波形和温度；
在所述插指电极上方打印，调整打印参数，所述打印参数包括角度、点间距、打印层数；
完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器。
2.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述柔性衬底采用聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯或聚苯乙烯中任意一种材料。
3.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述柔性衬底厚度范围为20微米～1.5毫米。
4.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述电极金属采用金、银、钼或铜中任意一种材料。
5.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述在柔性衬底上制备插指电极，具体包括：
采用蒸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、喷墨打印或丝网印刷的工艺方法在柔性衬底上制备插指电极。
6.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述对所述柔性衬底进行预处理，具体包括：
将所述柔性衬底分别在乙醇、丙酮、异丙酮超声清洗10分钟，再UV处理20秒。
7.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述电压范围为6～40v，所述频率范围为0～20KHz、所述温度范围为20～60℃。
8.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述角度范围为0～90°，所述点间距范围为5～524μm。
9.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器，具体包括：
将薄膜转移至加热板上进行干燥，得到柔性X射线探测器。
10.一种柔性X射线探测器的制备系统，其特征在于，包括：
墨水制备模块，用于将氧化铋纳米颗粒分散在有机溶剂中，得到墨水；
插指电极制备模块，用于在柔性衬底上制备插指电极；
柔性衬底预处理模块，用于对所述柔性衬底进行预处理；
墨水注入模块，用于将所述墨水注入喷墨打印机的墨盒中，调试相关参数，使墨水稳定喷出，所述相关参数包括电压、频率、打印波形和温度；
打印模块，用于在所述插指电极上方打印，调整打印参数，所述打印参数包括角度、点间距、打印层数；
干燥模块，用于完成打印后，将打印得到的薄膜进行干燥，得到柔性X射线探测器。
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