昆工《AFM》：一种可用于高分辨X射线成像的高性能聚合物陶瓷！

X射线辐射的有效检测对于医疗诊断、无损检测、国家安全和空间探索至关重要。闪烁体能将高能X射线辐射转换为传统光电探测器(如非晶硅光电二极管、光电倍增管等)可以检测到的低能紫外/可见光光子，是获得电子格式X射线图像的一种低成本和可靠的检测方法。近年来，包括具有有效辐射发光的CsPbBr₃的胶体闪烁体在低成本射线照相和灵活的X射线成像应用中受到持续关注。卤化物钙钛矿是一种新兴的X射线成像闪烁材料。高质量的X射线成像通常要求高空间分辨率和长工作寿命，特别是对于不规则形状的目标对象。

 

来自昆明理工大学等单位的学者设计了一种钙钛矿型“聚合物-陶瓷”闪烁体，将卤化物钙钛矿纳米晶生长在高粘度(6×10¹²CP)的预固化聚合物结构中，以构建灵活、可刷新的X射线成像。本文提出了一种成核抑制策略，以防止钙钛矿晶体在随后的沉淀过程中团聚和Ostwald熟化，从而使高质量的聚合物陶瓷闪烁体具有高透明度。这种基于闪烁体的探测器的探测极限为120nGy s^-1，空间分辨率为12.5lp mm^-1。有趣的是，由于聚合物基质提供的剥离原子的锚定效应，闪烁体薄膜在长时间(≥3h)和高剂量(8mGys^-1)照射后可以重生。更重要的是，这一固有特性克服了钙钛矿型闪烁体使用寿命长的问题。本文对聚合物陶瓷闪烁体的探索为开发柔性耐用的钙钛矿闪烁体铺平了道路，这种闪烁体可以以较低的运行成本生产出来。相关文章以“All-Inorganic Perovskite Polymer–Ceramics for Flexible and Refreshable X-Ray Imaging”标题发表在Advanced Functional Materials。更多精彩专业视频请抖音搜索‘材料科学网’。

论文链接：

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

图1.a)所研究的CsPbBr₃基聚合物陶瓷的示意图，b)红外透射光谱，c)XRD图谱，d)热退火前后的钙钛矿型薄膜的发射光谱，图1d中的插图是365 nm紫外光照射下的薄膜的相应照片。

 

图2.a)放置在80°C电热板上的CsPbBr ₃ 嵌入聚合物薄膜的照片，在紫外光照射下从0到120s记录下来。 b)TEM图像显示了CsPbBr ₃ PNC在电子辐照下成核前的聚合物膜以及随后的成核和生长过程，电子束强度为2.7×10 ² e ^-2 s ^-1 。 在110s处捕获的TEM图像的内嵌是相应析出的CsPbBr ₃ PNC的HR-TEM图像。

 

图3.a)CsPbBr ₃ 聚合物陶瓷在相对湿度达到40%的环境下的辐射发光(RL)谱。 插图分别是在高透明度的自然光和紫外光照射下得到的5×5cm ² 的胶片。 b)辐射强度与剂量呈线性关系。 c)记录CsPbBr ₃ 聚合物陶瓷在X射线辐照前后连续60个循环的辐射强度。 d)本文设计的间接X射线成像系统原理图。

 

图4.a)CsPbBr ₃ 聚合物陶瓷的柔韧性。 采用柔性闪烁体的间接X射线成像方法： b)附着式； c)投影式。 d)相应的间接X线成像方式的差异。 e)弯曲目标的X射线图像，分别带有附加成像和投影成像，以及它们对应的目标的指定位置(A、B、C和D)的MTF。

 

图5.a)用于X射线成像长期应用的损伤修复钙钛矿薄膜示意图。 b)研究的闪烁体在自然和紫外光照射下的损伤修复过程.c)X射线成像质量的论证取决于闪烁体的质量。

综上所述，本文实现了适用于多种场合高分辨率X射线探测的柔性透明钙钛矿型聚合物陶瓷。获得高性能聚合物陶瓷的关键是聚合物PMMA的高粘度环境，这保证了CsPbBr₃ PNC的均匀成核和结晶，没有团聚和Ostwald熟化。闪烁屏的图像空间分辨率可达12.5lp mm⁻¹，探测下限为120nGys⁻¹。此外，该闪烁屏的灵活性使其能够对不规则物体进行高分辨率成像。此外，本文还注意到，在高剂量X射线辐射的影响下，损伤的CsPbBr₃ PNC可以通过后退火处理完全恢复。因此，高性能聚合物陶瓷可以长期应用于高分辨率X射线成像。 （文：SSC）

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