济南大学刘宏，张玉海教授ACS Nano：基于全无机钙钛矿纳米片的高分辨X射线闪烁屏

【引言】

闪烁体可以将电离辐射转化为可见光或者紫外光，是医疗，安防，商业诊断成像等领域不可或缺的一类材料， X射线成像、CT检查乃至宇宙粒子探测等都需要用到闪烁体材料。传统的闪烁体材料，诸如CsI(Tl) 晶体、铈激活玻璃，通常是在高温条件下合成的，既不环保，又大量消耗资源。此外，高温合成的粉末态闪烁体极易团聚，而单晶闪烁体又需要进行精准地切片或打磨加工，导致在实际应用中与器件集成的困难。近年来新兴的全无机钙钛矿纳米晶为溶液法制备闪烁屏提供了可能。然而，通常的旋涂法制备的薄膜厚度有限，通常低于1微米，不利于X射线的沉积。因此，开发一种合成简单，环保低耗的制备方法以制备出高质量的胶体闪烁体及厚度可控的闪烁屏具有重大的科学和实际应用意义。

【成果简介】

有鉴于此，济南大学前沿交叉科学研究院刘宏教授，张玉海教授课题组联合沙特阿卜杜拉国王滚球体育 大学Mehammed F. Omar教授课题组采用一种室温液相合成方法，成功合成出一种理想的闪烁体材料-----全无机钙钛矿CsPbBr3纳米片，并通过自组装技术生成均匀平整的大面积固态闪烁体薄膜，成功应用于X射线高分辨成像。该成果发表在美国化学会旗下著名期刊《纳米材料》（ACS Nano）上，张玉海教授为第一作者，该研究得到了济南大学、阿卜杜拉国王滚球体育 大学（KAUST）、国家自然科学基金、泰山学者基金、美国国家自然科学基金委员会的支持。

该研究成功在室温下大量合成CsPbBr₃纳米片，50毫升体系产量可达克级，比较节省溶剂，减少了环境污染。不同于传统的纳米立方体，CsPbBr₃纳米片的二维拓扑结构可以自组装形成平整均匀的大面积固态薄膜，尺寸可达72平方厘米。纳米片胶体在X光下显示出明亮的绿光，通过脉冲高度谱测得光产额约21000ph/MeV，可以与商用的LuAG:Ce单晶媲美。由于超晶格对配体的保护作用，固态薄膜的X射线辐射发光强度仍然与其溶液状态下相当，且在X射线辐射下能保持长期稳定。为了测试闪烁体屏的成像效果，研究人员用普通单反相机和迷你X光机组成了简单的原型机，并使用CsPbBr₃固态薄膜进行X射线成像，得到了非常清晰的图像，分辨率达到210微米。得益于X射线的强穿透力，不论是有机材料覆盖的手机线路板，还是无机硅覆盖的CPU芯片，其内部机构都可以被清晰成像。这项工作提供了一种制作大面积低成本X射线闪烁屏的方法，并为液体闪烁屏的开发提供了可能性。

该论文作者为：Yuhai Zhang, Ruijia Sun, Xiangyu Ou, Kaifang Fu, Qiushui Chen, Yuchong Ding, Liang-Jin Xu, Lingmei Liu, Yu Han, Anton V. Malko, Xiaogang Liu, Huanghao Yang, Osman M. Bakr, Hong Liu, and Omar F. Mohammed

【图文导读】

TOC. CsPbBr₃纳米片溶液及其固态闪烁体薄膜的X射线成像

Figure 1. CsPbBr₃纳米片溶液及其固态闪烁体薄膜的电镜表征及荧光性质。

导师主页网址：

刘 宏http://iair.ujn.edu.cn/info/1158/1237.htm

张玉海http://iair.ujn.edu.cn/info/1158/1240.htm

文献链接：

Metal Halide Perovskite Nanosheet for X-ray High-Resolution Scintillation Imaging Screens, ACS Nano 2019, 13, 2520−2525, DOI:10.1021/acsnano.8b09484

本文由济南大学前沿交叉科学研究院刘宏教授，张玉海教授课题组供稿，材料人编辑整理。

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