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昆工《AFM》：一種可用于高分辨X射線成像的高性能聚合物陶瓷！

2022.01.05

X射線輻射的有效檢測對于醫(yī)療診斷、無損檢測、國家安全和空間探索至關(guān)重要。閃爍體能將高能X射線輻射轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)光電探測器(如非晶硅光電二極管、光電倍增管等)可以檢測到的低能紫外/可見光光子，是獲得電子格式X射線圖像的一種低成本和可靠的檢測方法。近年來，包括具有有效輻射發(fā)光的CsPbBr₃的膠體閃爍體在低成本射線照相和靈活的X射線成像應(yīng)用中受到持續(xù)關(guān)注。鹵化物鈣鈦礦是一種新興的X射線成像閃爍材料。高質(zhì)量的X射線成像通常要求高空間分辨率和長工作壽命，特別是對于不規(guī)則形狀的目標(biāo)對象。

來自昆明理工大學(xué)等單位的學(xué)者設(shè)計了一種鈣鈦礦型“聚合物-陶瓷”閃爍體，將鹵化物鈣鈦礦納米晶生長在高粘度(6×10¹²CP)的預(yù)固化聚合物結(jié)構(gòu)中，以構(gòu)建靈活、可刷新的X射線成像。本文提出了一種成核抑制策略，以防止鈣鈦礦晶體在隨后的沉淀過程中團(tuán)聚和Ostwald熟化，從而使高質(zhì)量的聚合物陶瓷閃爍體具有高透明度。這種基于閃爍體的探測器的探測極限為120nGy s^-1，空間分辨率為12.5lp mm^-1。有趣的是，由于聚合物基質(zhì)提供的剝離原子的錨定效應(yīng)，閃爍體薄膜在長時間(≥3h)和高劑量(8mGys^-1)照射后可以重生。更重要的是，這一固有特性克服了鈣鈦礦型閃爍體使用壽命長的問題。本文對聚合物陶瓷閃爍體的探索為開發(fā)柔性耐用的鈣鈦礦閃爍體鋪平了道路，這種閃爍體可以以較低的運行成本生產(chǎn)出來。相關(guān)文章以“All-Inorganic Perovskite Polymer–Ceramics for Flexible and Refreshable X-Ray Imaging”標(biāo)題發(fā)表在Advanced Functional Materials。更多精彩專業(yè)視頻請抖音搜索'材料科學(xué)網(wǎng)’。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202107424

圖1.a)所研究的CsPbBr₃基聚合物陶瓷的示意圖，b)紅外透射光譜，c)XRD圖譜，d)熱退火前后的鈣鈦礦型薄膜的發(fā)射光譜，圖1d中的插圖是365 nm紫外光照射下的薄膜的相應(yīng)照片。

圖2.a)放置在80°C電熱板上的CsPbBr₃嵌入聚合物薄膜的照片，在紫外光照射下從0到120s記錄下來。b)TEM圖像顯示了CsPbBr₃ PNC在電子輻照下成核前的聚合物膜以及隨后的成核和生長過程，電子束強度為2.7×10²e^-2s^-1。在110s處捕獲的TEM圖像的內(nèi)嵌是相應(yīng)析出的CsPbBr₃ PNC的HR-TEM圖像。

圖3.a)CsPbBr₃聚合物陶瓷在相對濕度達(dá)到40%的環(huán)境下的輻射發(fā)光(RL)譜。插圖分別是在高透明度的自然光和紫外光照射下得到的5×5cm²的膠片。b)輻射強度與劑量呈線性關(guān)系。c)記錄CsPbBr₃聚合物陶瓷在X射線輻照前后連續(xù)60個循環(huán)的輻射強度。d)本文設(shè)計的間接X射線成像系統(tǒng)原理圖。

圖4.a)CsPbBr₃聚合物陶瓷的柔韌性。采用柔性閃爍體的間接X射線成像方法：b)附著式；c)投影式。d)相應(yīng)的間接X線成像方式的差異。e)彎曲目標(biāo)的X射線圖像，分別帶有附加成像和投影成像，以及它們對應(yīng)的目標(biāo)的指定位置(A、B、C和D)的MTF。

圖5.a)用于X射線成像長期應(yīng)用的損傷修復(fù)鈣鈦礦薄膜示意圖。b)研究的閃爍體在自然和紫外光照射下的損傷修復(fù)過程.c)X射線成像質(zhì)量的論證取決于閃爍體的質(zhì)量。

綜上所述，本文實現(xiàn)了適用于多種場合高分辨率X射線探測的柔性透明鈣鈦礦型聚合物陶瓷。獲得高性能聚合物陶瓷的關(guān)鍵是聚合物PMMA的高粘度環(huán)境，這保證了CsPbBr₃ PNC的均勻成核和結(jié)晶，沒有團(tuán)聚和Ostwald熟化。閃爍屏的圖像空間分辨率可達(dá)12.5lp mm^?1，探測下限為120nGys^?1。此外，該閃爍屏的靈活性使其能夠?qū)Σ灰?guī)則物體進(jìn)行高分辨率成像。此外，本文還注意到，在高劑量X射線輻射的影響下，損傷的CsPbBr₃ PNC可以通過后退火處理完全恢復(fù)。因此，高性能聚合物陶瓷可以長期應(yīng)用于高分辨率X射線成像。（文：SSC）

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