Light：钙钛矿纳米晶与有机分子混合制备高效液体闪烁体学术资讯

来源：两江科技评论

01导读
近日，来自韩国科学家们Sangeun Cho, Hyungsang Kim,Jungwon Kwak，Hyunsik Im等人发表了题为“Hybridisation of perovskitenanocrystals with organic molecules for highly efficient liquid scintillators”的高水平论文。与固体闪烁体相比，液体闪烁体的光产率较低，在放射学和剂量学方面的能力有限。该文章提出了由胶体金属卤化物钙钛矿CsPbA3 (A: Cl, Br, I) 纳米晶与有机分子2,5-二苯恶唑表面分离构建高效低成本液体闪烁体的新方法。混合液体闪烁器在x射线照射下表现出更好的放射发光量子产率，见图1。
实验和理论分析表明，增强的量子产额与x射线光子诱导的电荷从有机分子转移到纳米晶有关。使用基于纳米晶的混合CsPbBr3液体闪烁体可以实现x射线的高分辨率成像。该文章展示的混合闪烁体中，新的x射线闪烁机制可以扩展到提高各种类型的闪烁体的量子产率，使低剂量辐射检测能够应用于基础科学和成像等各个领域。该文章于9月7日发表在《Light: Science & Applications》期刊上。

图1. CsPbA3 纳米晶+PPO (A: Cl, Br, I)杂化材料在光学中的增强辐射发光
02研究背景
高灵敏度x射线检测在日常生活、工业、军事和科学研究等领域变得越来越重要。闪烁材料可以将X-ray、γ-ray以及粒子辐射转换为可见或紫外光。闪烁材料的各种特性如量子产率(或光输出)是与探测器的效率和分辨率最密切相关的参数之一。由于量子产额取决于入射粒子和具有不同程度能量的光子的性质，因此要根据应用类型选择合适的闪烁材料。
与结晶闪烁体或塑料闪烁体相比，液体闪烁体通常具有更好的抗强辐射损伤能力，同时具有优良的面积/体积可伸缩性;因此,液体闪烁体用于各种用途,如在射线光谱,测量,辐射治疗和粒子物理等。然而，尽管有上述优势，液体闪烁体具有相对较低的密度和低的辐射发光量子产率，这两者对于实现x射线三维成像的高分辨率和对比度是至关重要的。因此，液体闪烁器很少被用于辐射成像。最近，金属卤化物钙钛矿材料，包括有机无机杂化钙钛矿的块状晶体和纳米晶体，已经被证明能够有效地将x射线光子转换为载流子或可见光。特别是，全无机钙钛矿晶体具有高发射x射线产生的激子态、超快辐射发射率和再次抵抗高能辐射，这些都是高效率和持久x射线闪烁体所必需的。此外，钙钛矿晶体在x射线照射下具有很高的光学灵敏度和高的x射线吸收效率。
钙钛矿纳米碳化物通常均匀分布在非极性液体介质中用于液体闪烁。然而，尽管其独特的性能优于那些商业生产的闪烁体，钙钛矿晶体仍需要进一步提高其量子产率以实际应用。该文章通过混合不同的闪烁纳米材料来实现大幅度提高闪烁量子产率，可以实现x光线的高分辨率成像以及探测应用,如图2所示。

图2. 使用混合CsPbBr3 纳米晶+PPO闪烁体显著增强的x射线成像分辨率
03创新研究
该文章通过将胶体卤化铝钙钛矿CsPbA3 (A: Cl,Br, I)纳米晶与2,5-二苯基氯硝唑(PPO)混合制备了一种新型液体闪烁体，并证明了这种新型液体闪烁体具有很高的量子产率可以允许有效的x射线探测。考虑到大量生产的成本效益、在高能x射线照射下的稳定性以及与各种物质结合的加工性等其他优点，这些新型混合纳米粒子适合作为需要高性能探测器和成像仪的x射线技术的闪烁体。虽然这些卤化物钙钛矿纳米晶+PPO杂化纳米材料中闪烁的基本原理还需要进一步阐明，但这些混合杂化纳米晶体在推进x射线成像的工业应用和杂化纳米材料中产生有趣的闪烁方面具有重要的前景。
文章信息：该研究成果以"Hybridisation of perovskite nanocrystals with organic molecules for highly efficient liquid scintillators"为题在线发表在Light: Science & Applications。

来源：imeta-center 两江科技评论

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