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我国学者探索有机闪烁体在X射线探测、成像等领域的应用潜力

X射线辐射成像无损检测 X射线探测 有机闪烁体 医学成像
发布:2021-01-14 09:52:10     来源:科技日报

13日,记者从南京工业大学获悉,中国科学院院士黄维、南京工业大学安众福教授带领的创新团队在有机闪烁体领域取得突破。他们打破重金属原子构建高效闪烁体的传统认知,成功实现了无重金属纯有机材料在X射线激发下的高效辐射发光,同时展现了该类材料在X射线探测、成像等领域的应用潜力。该成果近日在线发表于国际顶尖学术刊物《自然•光子学》上。


 

闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料。X射线激发的闪烁体材料在辐射探测、安全检测、生物医学、X射线天文学等领域应用广泛。

然而,高效闪烁体材料多为以陶瓷闪烁体为代表的无机材料,其制备受限于高温合成,且难以在柔性基底上实现大面积制备。

由于不含金属的纯有机材料具有原材料储量丰富、机械柔性高、加工性能优、可大面积制备等突出优势。因而,有机闪烁体可作为闪烁体家族的全新材料,尤其是在柔性电子领域具有极大的潜在应用价值。但传统的纯有机材料主要由碳、氢、氮等质轻元素组成,对X射线的吸收较弱;另外,其弱的自旋轨道耦合作用导致有机发光材料在X射线激发下,三线态激子通常因跃迁禁阻而不发光,即只能产生源自于单线态的荧光发射。

因此,如何设计并实现高效的纯有机闪烁体是该领域面临的重大研究挑战之一。

针对这一世界性科学难题,中国科学院院士黄维、南京工业大学安众福教授所带领的团队与新加坡国立大学刘小钢教授课题组合作,利用亮态三线态激子,提出了一种实现高效纯有机闪烁体的普适性设计策略。

安众福介绍,他们通过理性的分子设计,引入卤素重原子,不仅提升了X射线吸收能力,而且有效地促进了三线态激子发光,进而提高了激子利用率并增强了纯有机闪烁体的辐射发光性能。该闪烁体材料对X射线的检测限为33 nGy/s,是医学X射线成像使用剂量的1/167。该成果为发展用于无损射线检测、医学成像等领域的柔性X射线探测器提供了全新策略。

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