Low‐Melting and Configuration‐Tunable Copper Halide Scintillators via Steric Hindrance Optimization for Large‐Area Single‐Crystal X‐Ray Imaging

位阻效应 材料科学 闪烁体 卤化物 微晶 星团(航天器) 熔点 Crystal(编程语言) 从头算 化学物理 分子动力学 晶体生长 晶体工程 单晶 结晶学 铜 纳米技术 溶解度 卤化银 晶体结构 热的 熔化温度 从头算量子化学方法 分子工程 物理化学
作者
Xizheng Wang,Lisheng Zhang,Xin Li,Yufan Pan,Siyuan Zhang,Fan Yang,Huifang Li,Dianxing Ju
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78786
摘要

ABSTRACT Achieving simultaneous control over thermal processability, structural configuration, and crystal growth remains a formidable challenge in scintillator development. Herein, we introduce a “one stone, three birds” design paradigm based on steric hindrance engineering that synergistically regulates melting behavior, cluster architecture, and crystal growth in copper‐based halide scintillators. Mechanistic studies reveal that enhanced steric hindrance first weakens ligand‐cluster electrostatic interactions, leading to a reduced melting temperature, then reduces local Cu/Br concentration which diversifies cluster configurations with tunable emission, and further improves solubility for large‐area crystal growth. Ab initio molecular dynamics simulations confirm the increased atomic motion and liquid‐like dynamic disorder in the high‐steric‐hindrance compound (TBA)CuBr 2 (Tetrabutylammonium = TBA). The resulting materials exhibit excellent melt processability with the lowest melting point of 50°C and the highest PLQY of 99%, representing a 6‐fold enhancement over (TBA) 2 Cu 4 Br 6 , with an excellent X‐ray light output of 382%LYSO. Benefiting from improved solubility, we successfully grew large‐area (∽2 cm × 4 cm) single‐crystalline films that deliver a spatial resolution of 28 lp mm −1 , 3.4 times higher than that of polycrystalline films. Remarkably, this strategy is broadly applicable to Mn − and Sb − based hybrid halides. Overall, this work establishes a general steric‐control design principle toward low‐melting, structurally tunable, and solution‐processable high‐performance scintillators.
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