濟南大學劉宏，張玉海教授ACS Nano：基于全無機鈣鈦礦納米片的高分辨X射線閃爍屏

Alisa 5年前 (2019-02-28) 5163瀏覽

【引言】

閃爍體可以將電離輻射轉化為可見光或者紫外光，是醫療，安防，商業診斷成像等領域不可或缺的一類材料， X射線成像、CT檢查乃至宇宙粒子探測等都需要用到閃爍體材料。傳統的閃爍體材料，諸如CsI(Tl) 晶體、鈰激活玻璃，通常是在高溫條件下合成的，既不環保，又大量消耗資源。此外，高溫合成的粉末態閃爍體極易團聚，而單晶閃爍體又需要進行精準地切片或打磨加工，導致在實際應用中與器件集成的困難。近年來新興的全無機鈣鈦礦納米晶為溶液法制備閃爍屏提供了可能。然而，通常的旋涂法制備的薄膜厚度有限，通常低于1微米，不利于X射線的沉積。因此，開發一種合成簡單，環保低耗的制備方法以制備出高質量的膠體閃爍體及厚度可控的閃爍屏具有重大的科學和實際應用意義。

【成果簡介】

有鑒于此，濟南大學前沿交叉科學研究院劉宏教授，張玉海教授課題組聯合沙特阿卜杜拉國王科技大學Mehammed F. Omar教授課題組采用一種室溫液相合成方法，成功合成出一種理想的閃爍體材料-----全無機鈣鈦礦CsPbBr3納米片，并通過自組裝技術生成均勻平整的大面積固態閃爍體薄膜，成功應用于X射線高分辨成像。該成果發表在美國化學會旗下著名期刊《納米材料》（ACS Nano）上，張玉海教授為第一作者，該研究得到了濟南大學、阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）、國家自然科學基金、泰山學者基金、美國國家自然科學基金委員會的支持。

該研究成功在室溫下大量合成CsPbBr₃納米片，50毫升體系產量可達克級，比較節省溶劑，減少了環境污染。不同于傳統的納米立方體，CsPbBr₃納米片的二維拓撲結構可以自組裝形成平整均勻的大面積固態薄膜，尺寸可達72平方厘米。納米片膠體在X光下顯示出明亮的綠光，通過脈沖高度譜測得光產額約21000ph/MeV，可以與商用的LuAG:Ce單晶媲美。由于超晶格對配體的保護作用，固態薄膜的X射線輻射發光強度仍然與其溶液狀態下相當，且在X射線輻射下能保持長期穩定。為了測試閃爍體屏的成像效果，研究人員用普通單反相機和迷你X光機組成了簡單的原型機，并使用CsPbBr₃固態薄膜進行X射線成像，得到了非常清晰的圖像，分辨率達到210微米。得益于X射線的強穿透力，不論是有機材料覆蓋的手機線路板，還是無機硅覆蓋的CPU芯片，其內部機構都可以被清晰成像。這項工作提供了一種制作大面積低成本X射線閃爍屏的方法，并為液體閃爍屏的開發提供了可能性。

該論文作者為：Yuhai Zhang,?Ruijia Sun,?Xiangyu Ou,??Kaifang Fu,?Qiushui Chen,?Yuchong Ding,?Liang-Jin Xu,?Lingmei Liu,?Yu Han,?Anton V. Malko,?Xiaogang Liu,?Huanghao Yang,?Osman M. Bakr,?Hong Liu,?and Omar F. Mohammed

【圖文導讀】

?TOC. CsPbBr₃納米片溶液及其固態閃爍體薄膜的X射線成像