Inom områdena materialinspektion, medicinsk diagnostik, astronomiska upptäckter och vetenskaplig forskning har efterfrågan på högupplösta och ultrastabila röntgenavbildningsmetoder antänt en ivrig jakt på innovativa röntgenkänsliga material. Dessa eftertraktade material måste ha exceptionella egenskaper som hög röntgendämpning, effektiv scintillation, snabbt ljusförfall och robust hållbarhet.
Bland dem har bly-halidbaserade perovskiter framträtt som en övertygande utmanare på grund av deras anmärkningsvärda luminescenseffektivitet, överlägsna röntgendämpningsförmåga och korta fluorescenslivslängder. Deras användning i scintillationsfältet hindras dock av toxiciteten hos tungmetallbly (Pb), lågt fotonutbyte orsakat av självabsorptionseffekter och dålig röntgenbestrålningsstabilitet.
För att övervinna dessa utmaningar har forskare sökt lösningar inom blyfria nolldimensionella (0D) metallhalider, såsom koppar-, silver-, zirkonium- och manganbaserade halogenider. Dessa spännande alternativ har visat sig lovande som effektiva scintillatorer för röntgendetektion och bildåtergivning, med höga fotonutbyten, olika sammansättnings- och strukturalternativ och en unik luminescensmekanism känd som självfångade excitoner (STE).
Emellertid ligger ett stort hinder i tillverkningen av dessa metallhalider som tunna filmer eller wafers, vilket resulterar i undermålig bildupplösning på grund av ljusspridning orsakad av stora partiklar och kristallgränser. Dessutom står blyfria 0D-metallhalider inför utmaningar relaterade till dålig stabilitet, särskilt i varma och fuktiga miljöer.
I ett genombrott rapporterat i Advanced Photonics , utvecklade forskare från South China University of Technology ett banbrytande tillvägagångssätt som revolutionerar röntgenbilder. De åstadkom högupplösta och ultrastabila röntgenbilder även under krävande förhållanden med hög temperatur och luftfuktighet. Nyckeln:blyfri Cs3 MnBr5 anti-perovskit nanokristaller inbäddade i en glasmatris.
Till skillnad från traditionella perovskitmaterial har antiperovskiter en distinkt struktur representerad som [MX4 ]XA3 [A =alkalimetall; M =övergångsmetall; och X =klor (Cl), brom (Br) och jod (I)]. Denna unika konfiguration har ett luminescenscentrum, [MX4 ] 2- tetraeder, inbäddat i en tredimensionell (3D) XA6 oktaedriskt anti-perovskitskelett. Denna struktur minskar avsevärt interaktionen mellan luminescenscentrum, främjar förbättrade rumsliga inneslutningseffekter och ger i slutändan hög kvanteffektivitet och luminescensstabilitet.
Genom processen med in-situ kristallisation under glödgning, Mn 2+ joner är sömlöst integrerade i glasmatrisen, vilket ger upphov till avstämbara luminescensfärger som sträcker sig från rött till grönt, som dikteras av glödgningsschemat. Dessutom Cs3 MnBr5 nanokristallinbäddat glas uppvisar oöverträffad röntgenbestrålningsstabilitet, termisk stabilitet och vattenbeständighet.
Anmärkningsvärt nog har den också en exceptionell röntgendetektionsgräns (767 nanograys per sekund), en imponerande rumslig upplösning för röntgenavbildning (19,1 linjepar per millimeter) och enastående röntgendosbestrålningsstabilitet (5,775 milligrå per sekund).
Detta arbete presenterar ett spännande nytt schema som utnyttjar potentialen hos transparenta glasartade kompositer som innehåller blyfria anti-perovskithalogenid nanokristaller för högupplösta och ultrastabila röntgenavbildningstillämpningar. Resultaten av denna forskning skulle kunna fungera som en katalysator och stimulera ytterligare utforskning och utveckling av nya metallhalogenider mot perovskitmaterial. I slutändan banar denna upptäckt vägen för den framtida utvecklingen av nästa generations röntgenavbildningsenheter, som lovar transformativa framsteg inom området för röntgendiagnostik och bildbehandling.
Mer information: Yakun Le et al, Transparenta glasartade kompositer som innehåller blyfria anti-perovskithalogenid nanokristaller möjliggör avstämbar emission och ultrastabil röntgenbild, Avancerad fotonik (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002
Tillhandahålls av SPIE
