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Nat. Commun.:兼具亮和快的钙钛矿量子点闪烁体

日期: 2024-11-08
浏览次数: 145

来源:福建物质结构研究所

近日,郑州大学在钙钛矿量子点闪烁体研究方向取得新进展。研究成果以“Designer bright and fast CsPbBr3 perovskite nanocrystal scintillators for high-speed X-ray imaging”为题在线发表于《自然·通讯》期刊上(Nature Communications, 2024, DOI: 10.1038/s41467-024-53263-9)。

卤化铅钙钛矿量子点(Perovskitequantum dots,PQDs)具有高原子序数,发光效率高、纳秒级发光时间等优点,是极具潜力的闪烁体材料。相比于传统单晶闪烁体,PQDs具有高辐射硬度和低温合成的优势,在极端高能射线(高辐射剂量)探测和超快核医学成像领域具有潜力。近年来,PQDs闪烁体的结构设计和制备方法已取得了较多进展,但是PQDs的自吸收问题仍然严重限制了辐射发光亮度,其光产额21,000 photons/MeV远低于商用CsI(Tl)的54,000 photons/MeV。

针对CsPbBr3QDs闪烁体光产额低、制备工艺兼容性差的问题,郑州大学杨智、宋继中等人设计了一种多位点ZnS(Ag)-CsPbBr3异质结,提出了原位固相合成策略制备异质结闪烁体。基于光谱匹配和短D-A距离特性,通过稳态RL光谱进化,瞬态吸收和瞬态PL谱证明了ZnS(Ag)给体到CsPbBr3受体发生了高效的福斯特共振能量转移(FRET),使得异质结闪烁体获得了光产额40,000 photons/ MeV,明显高于直接物理混合闪烁体的30,000 photons/MeV,证明了FRET导致的辐射增强可以在一定程度上弥补自吸收光损失。同时异质结闪烁体具有36 ns的快发光衰减时间和高的空间分辨率30 lp/mm。基于高光产额、快发光和高分辨成像的优势,异质结闪烁体展示了优异的高速动态X-ray成像性能,模拟了医学高速血管造影,在200帧/秒的速度和10 mGyairs−1剂量率下观察到11 cm/s的碘对比剂液流速度。总之,该工作为设计和制造高性能异质闪烁体提供了新的方案,展示了兼具快和亮的闪烁体在实时X射线成像中的重要作用。



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