热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

天津大学胡文平、加州大学洛杉矶分校段镶锋AM:打破陈见!有机物晶体也能用于X射线成像

2021-10-08 16:09     来源:高分子科学前沿     X射线
X射线成像技术在疾病诊断与设备检修方面应用广泛。

X射线成像的基本原理是利用被检测物体对X射线的吸收,通过接收透过的X射线显影而呈现出被照射物体的轮廓及内部。

将高能X射线吸收并转化为可见光是显影的关键过程。闪烁体(scintillator)便是一类吸收X射线后可发出可见光的物质。

目前使用的闪烁体,如铊掺杂碘化钠(NaI:Tl)、铊掺杂碘化铯(CsI:Tl)、硒酸铋(Bi4Ge3O12)等,都是无机物晶体。合成这些材料需要高温(近1700 °C),并且它们极易受潮而失效。

有无可能替代这些传统的无机闪烁体呢?

有机物一直认为并非是制备闪烁体的优良材料,因为组成有机物的原子大多为轻原子,其X射线吸收效率不高。然而近日,天津大学胡文平教授课题组联合美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授,在Advanced Materials报道了一种高效有机闪烁体材料——9,10-二苯基蒽(9,10-diphenylanthracene),一举打破了有机物不适用于闪烁体的陈见。

 
【文章要点】

1、作者们通过在65 °C下进行的溶液析晶过程制备出厘米级9,10-二苯基蒽单晶(图1)。这种单晶结构属单斜晶系,日光照射下呈淡黄色,X射线照射下呈明亮的天蓝色(中心波长463 nm)。
 


图1. 9,10-二苯基蒽单晶照片及其分子结构示意图。图源:Adv. Mater.

2、9,10-二苯基蒽单晶吸收X射线后的发光涉及分子整体结构的直接变化(图2a)。而无机物闪烁体发光过程需要吸收X射线后产生激子,依靠激子在晶格内部传导至发光中心而发光。因此,9,10-二苯基蒽发光效率更高、响应更快。例如,9,10-二苯基蒽发光的衰减时(decay time)仅1.63 ns(图2b),而CsI:Tl为近1000 ns(越大则响应愈慢)。可见,并非是有机物自身不适用于闪烁体,而是需要找到合适的分子结构。
 


图2. (a)9,10-二苯基蒽单晶吸收X射线后发光机理示意图及(b)发光强度衰减曲线。图源:Adv. Mater.
 
3、9,10-二苯基蒽发光效率(图3a)和晶体结构(图 3b)在常规环境下稳定,无需严密封装保护,减少了成像成本与复杂度。
 


图3. 9,10-二苯基蒽单晶的(a)发光稳定性和(b)结构稳定性。图源:Adv. Mater.
 
4、利用9,10-二苯基蒽闪烁体的X射线成像清晰,分辨率高于20.00 lp/mm(图4)。
 

图4. 利用9,10-二苯基蒽单晶X射线成像效果。图源:Adv. Mater. 


推荐阅读

冷阴极X射线数字成像技术研究及应用

传统X射线管采用的都是热阴极技术,但热阴极因工作原理等诸多因素存在体积较大、重量大、耗能高、寿命短、电子发射调制时间长等不足,在核电射线检测中受到很大限制。 2021-10-11

新设备实现拍瓦系统与X射线自由电子激光配对

SLAC实验室的新设备实现了拍瓦系统与X射线自由电子激光的配对,有望为极端物理研究提供更多的可能,助力热稠密等离子体、天体物理学和行星科学的研究。 2021-10-10

X射线成像检测分析对保障用电安全的积极意义

X射线成像检测设备可以有效进行无损检测,通过影像图片的分析,方便深入了解工件状态,从而判断分析缺陷成因,为下一步的避免缺陷环节提供可靠的数据参考。 2021-10-09

科学家首次用实验揭示了单个催化剂纳米粒子变活跃的情况

据外媒报道,一个由DESY领导的研究小组一直在使用高强度的X射线来观察单个催化剂纳米粒子的工作情况。 2021-10-07

X射线探伤机可用于检测PCBA的BGA焊接质量

PCBA的加工还有FPC的加工,都会涉及到BGA的检测。BGA的检测用X光探伤机,焊接BGA是将晶片下的焊点通过密布的锡球对应于PCB电路板的位置进行SMT焊接进行的。但为了更清楚地判断内部焊接点的质量,需要使用X光探伤机。这么操作的优点是可直接通过X光对电路板内部进行特殊的检测检测,而不需拆卸,不破坏内部结构,因此X光探伤机是PCBA加工厂家常用的BGA焊接检测设备。整个工艺流程并不复杂,举例子说:如果我们将一块能完整运转的PCBA板比作一个人,那... 2021-10-07

阅读排行榜