材料钙钛矿纳晶闪烁体嵌入透明非晶网络

注:文末有本文科研思路分析闪烁体材料能够将高能射线(X射线等)转化为易于探测的光电信号,有利于实现高能射线在空间探测、医疗成像、无损探伤、高能物理以及核安全等领域的应用,是重要且被卡脖子的战略核心技术。钙钛矿体系材料以及优异的光学特性,一直以来作为一种具有前景的闪烁体材料而广泛研究。然而其本征结构不稳定,导致差光学性能以及环境、辐照耐候性,使其商业化的长期应用面临巨大挑战。为解决钙钛矿闪烁体材料实际应用面临的以上问题,昆明理工大学徐旭辉、邱建备课题组以无机透明玻璃中原位析出钙钛矿(CsPbBr3:Lu3+)作为闪烁体进行成像性能的研究。与传统的单晶闪烁体相比该方式的优势主要体现在以下几部分:(一)透明玻璃为CsPbBr3纳米晶提供有效地保护隔绝有效地隔绝环境的损伤并保证一定的透明度和均匀性。(二)原位析晶及Lu3+元素的掺杂可制备出结晶性优异的CsPbBr3纳米晶,保证其闪烁性能,同时可进一步提升闪烁体整体的透明度、均匀性以及辐照稳定性。这使得该方式对比通常无机物封装具备突出的透明度,和均匀性得以实现超高的成像分辨率。(三)然而该方法对辐照稳定性(尤其是高剂量下)的提升有限,随辐照时间延长,辐照损伤仍不可避免。因而该课题组利用高粘度的透明无机介质有效抑制辐照损伤产生的元素迁移,设计出仅通过简单热处理的方式,可使其性能恢复至初始状态,最终超越商业闪烁体实现高剂量下16.8lpmm?1高分辨的长时间成像。这一发现具备有效地普适性拓宽了闪烁体的研究和应用,为其长期经济有效的应用打开了新的篇章。示意图1:嵌入高粘度玻璃中CsPbBr3:Lu3+NCs初始、辐照损伤以及热修复的示意图。图片来源:Adv.Mater.图1.研制了玻璃中快速高效钙钛矿闪烁体。(a)钙钛矿玻璃闪烁体示意图。(b)X射线探测在空间探索、诊断成像和军事探伤方面的潜在应用。CsPbBr3:Lu3+,CsI:Tl和BGO的(c)RL光谱,(d)衰减效率对应的X射线光子能量的函数,(e)在不同剂量下辐照5小时后记录的归一化的RL强度,(f)8mGyairs-1剂量下长时间辐照RL强度。(g)辐照损伤修复过程示意图。(下面是8mGyairs-1在1~h的X射线照射下和热恢复后的图像,及其对应的日光和紫外线照射下的图像)。图片来源:Adv.Mater.图2.损伤的CsPbBr3:Lu3+NCs的热处理恢复研究。(a)受损和修复CsPbBr3:Lu3+NCs的PL和RL光谱(分别在紫外激发和X射线照射下),(b)吸收光谱,(c)荧光寿命,(d)XRD谱图,以及高分辨率的Pb4f(e)和Cs3d(f)XPS,(g)TEM图像。(h)原位TEM和相应的快速傅里叶变换(IFFT)图像。图片来源:Adv.Mater.图3.X射线成像演示。(a)设计的间接X射线成像系统示意图。(b)RL强度与剂量率的关系。(c)分别在日光和X射线照射下记录的手机晶体管面板和鱼的照片(剂量率:μGyairs-1,,电压:40kV)。(d)CsPbBr3:Lu3+NCs闪烁体的标准X射线分辨率线对卡图像和X射线图像,以及不同膜厚(e)和辐射剂量率(f)对应的MTF曲线。实时动态X射线图像记录了细针插入肉片(g)和胶囊中弹簧拉伸(h)的过程(剂量率:μGyairs-1,电压:40kV)。图中所有比例尺均为5mm。图片来源:Adv.Mater.图4.损伤及修复钙钛矿闪烁体在长期X射线成像中的应用。(a)CsPbBr3:Lu3+NCs闪烁体和目标芯片的照片。(b)损伤修复过程闪烁体X射线成像的图片(黑色的损害来自一个定制掩膜版具与规则的大小不同的孔),(c)及对应的芯片X射线成像演示照片。(d-f)相应的MTF(剂量率:8mGyairs-1,电压:40kV)图片来源:Adv.Mater.这一成果近期发表在AdvancedMaterials上,文章以昆明理工大学研究生章皓和杨泽为共同第一作者,徐旭辉教授、余雪教授、邱建备教授为通讯作者。原文(扫描或长按



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