X射线探测，在医疗和工业领域中占有重要地位，通常依靠无机闪烁体将X射线转化为可见光子。尽管已经测试了几种量子产率荧光分子作为闪烁体，但其效率通常较低。高能辐射可以电离分子并产生二次电子和离子。结果，产生了高比例的三重态，作为闪烁损失通道。近日，浙江大学现代光学仪器国家重点实验室的杨旸、刘旭等人在Nature Materials上发文，报道发现了 X 射线诱导的三重态激子，可用于通过非常快速的热激活上转换进行发射。基于具有不同发射带的三种热激活延迟荧光分子的闪烁体，其效率显着高于传统的蒽基闪烁体。还展示了具有 16.6 线对 mm - 1 分辨率的 X 射线成像。这些结果突出了有效和迅速收集三重态激子，对有效 X 射线闪烁和辐射检测的重要性。
图 1：有机闪烁体的机理图解和分子结构。
图 2：基于 TADF 的闪烁体的高效 RL 和低自吸收。
图 3：有机闪烁体的性能特征。
图 4：基于 TADF 闪烁体的高分辨率 X 射线成像。
X射线探测和成像在医疗、安防等领域的应用非常普遍，目前的成像方式主要依赖无机材料制成的闪烁体将不可见的X光转化成可见光，比如CsI(TI)、GOS:Tb以及新型的钙钛矿半导体等，最后用成熟的硅基可见光探测技术进行成像。X射线闪烁体虽然历经百余年的发展，仍然难说有一个可以胜任所有应用场合的完美闪烁体，因此近一步拓展可用闪烁体的范围，以期在每种特定应用场合中找到合适的闪烁体具有很大的实际意义。
对于具有能带结构的半导体来说，无论是X射线还是紫外光激发，其生成的激发态的最终归宿是大致相同的，但是对于分子发光体或者一些发光中心非常局域的无机材料（如自陷态激子）而言，X射线的激发过程可能会和紫外可见的激发有巨大的差异。该研究选取了典型的有机分子发光体作为讨论对象，根据偶极子选择律（dipole selection rule），较低能量紫外可见光只会直接激发单线态激子，由于X射线能量很高，因此X射线光子会把相当多的分子电离，产生具有极高动能的电子，它们不断碰撞新的分子，同时把耗散的动能转化成二次、三次、四次…电子，直到这些热电子的能量低到无法电离下一个分子时为止，这时这些电子的能量大约是带隙的2-4倍。
最后对如何利用TADF发光机制设计高效、高速闪烁体的前景做出了展望，由于TADF机制目前多存在于有机分子体系中，其有机属性带来比较明显的缺陷就是X射线吸收截面不高，这个缺点也许可以通过将TADF分子掺杂在高X射线吸收系数的基质中得以解决，另外对于一些本身就要求低原子序数的射线探测领域，比如β和中子探测，也许TADF闪烁体可以得到更快的应用。此外TADF闪烁体中虽然有一个纳秒尺度的非常快的发光过程，但是其延迟荧光寿命目前多在百纳秒至微秒尺度，仍有进一步提升的必要和空间，这主要可以通过进一步压低ΔST提高反向系间穿越速率（RISC）来实现，有趣的是，这一点同样是实现高发光效率和低效率滚降的OLED器件的共同追求，因此基于TADF的OLED器件在不断发展的同时，也将会自然而然地提供更多更好的X射线闪烁体。
