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在石墨烯上进行3D打印钙钛矿制造下一代X射线探测器

X射线探测器 3D打印 石墨烯 激光器
发布:2021-02-18 11:21:41     来源:洛桑联邦理工学院

沉积钙钛矿柱的示例,定义了用于创建图像的像素。图片来源:EPFL L.Forró。

自从威廉·伦琴(WilhelmRöntgen)在1895年发现它们以来,X射线已成为医学成像的主要内容。实际上,在伦琴(Röntgen)的著名论文发表后不到一个月,康涅狄格州的医生就为男孩的手腕骨折拍了第一张X光片。

自那以来,已经取得了很大的进步。除了大多数人一生中至少拍摄过一次的射线照相以外,今天的X射线医学用途还包括荧光透视,癌症放射疗法和计算机断层摄影(CT),该技术可以从不同角度对身体进行多次X射线扫描,然后将它们组合到计算机中,以生成人体的虚拟横截面“切片”。

但是,医学成像通常在低曝光条件下工作,因此需要具有成本效益的高分辨率探测器,并且该探测器必须以“低光子通量”运行。光子通量仅描述在给定时间有多少光子撞击检测器,并确定依次产生的电子数。

现在,由基础科学学院的LászlóForró领导的科学家已经开发出了这种设备。通过使用过的3-D气溶胶喷射印刷技术,他们开发了一种新颖的方法来生产高效的X射线探测器,该探测器可以轻松集成到标准微电子设备中,从而显着提高医学成像设备的性能。

新的探测器由石墨烯和钙钛矿组成,它们是由与金属结合的有机化合物组成的材料。它们用途广泛,易于合成,并且在包括太阳能电池,LED灯,激光器和光电探测器在内的广泛应用中处于最前沿。

本研究中开发的气溶胶喷射印刷方法的示意图。搅拌的甲基铵碘化铅钙钛矿溶液被氮气(N2)聚焦到喷嘴的预定位置。该材料的特殊性在于,在飞行中形成的纳米晶体不会在石墨烯基板上散布开来,从而可以创建3D架构。图片来源:Glushkova等ACS Nano。

气溶胶喷射印刷是一种相当新的技术,可用于在电阻器,电容器,天线,传感器和薄膜晶体管等3D印刷的电子组件上,甚至在手机等特定基材上印刷电子器件。

使用纳沙泰尔CSEM的气溶胶喷射印刷设备,研究人员在石墨烯基底上进行了3D印刷钙钛矿层的研究。这个想法是,在设备中,钙钛矿充当光子检测器和电子放电器,而石墨烯则放大输出的电信号。

该研究小组使用了甲基铵碘化铅钙钛矿(MAPbI3),由于其引人入胜的光电性能以及低廉的制造成本,最近备受关注。研究团队的化学家EndreHorváth说:“这种钙钛矿具有重原子,可为光子提供高散射截面,并使该材料成为X射线检测的理想选择。”

结果是惊人的。该方法生产的X射线探测器具有最高的灵敏度,并且是同类最佳医学成像设备的四倍改进。

“通过将光伏钙钛矿与石墨烯一起使用,对X射线的响应大大提高了,”Forró说。“这意味着,如果我们在X射线成像中使用这些模块,则形成图像所需的X射线剂量可减少一千倍以上,从而降低了这种高能电离辐射对人体的健康危害。 ”

钙钛矿石墨烯检测器的另一个优点是使用它形成图像很简单。“它不需要复杂的光电倍增管或复杂的电子设备,”Forró说。“这可能是发展中国家的真正优势。”

这项研究发表在ACS Nano上。

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