天津大学胡文平、加州大学洛杉矶分校段镶锋AM：打破陈见！有机物晶体也能用于X射线成像

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X射线成像技术在疾病诊断与设备检修方面应用广泛。

X射线成像的基本原理是利用被检测物体对X射线的吸收，通过接收透过的X射线显影而呈现出被照射物体的轮廓及内部。

将高能X射线吸收并转化为可见光是显影的关键过程。闪烁体（scintillator）便是一类吸收X射线后可发出可见光的物质。

目前使用的闪烁体，如铊掺杂碘化钠（NaI:Tl）、铊掺杂碘化铯（CsI:Tl）、硒酸铋（Bi₄Ge₃O₁₂）等，都是无机物晶体。合成这些材料需要高温（近1700 °C），并且它们极易受潮而失效。

有无可能替代这些传统的无机闪烁体呢？

有机物一直认为并非是制备闪烁体的优良材料，因为组成有机物的原子大多为轻原子，其X射线吸收效率不高。然而近日，天津大学胡文平教授课题组联合美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授，在Advanced Materials报道了一种高效有机闪烁体材料——9,10-二苯基蒽（9,10-diphenylanthracene），一举打破了有机物不适用于闪烁体的陈见。

【文章要点】

1、作者们通过在65 °C下进行的溶液析晶过程制备出厘米级9,10-二苯基蒽单晶（图1）。这种单晶结构属单斜晶系，日光照射下呈淡黄色，X射线照射下呈明亮的天蓝色（中心波长463 nm）。

图1. 9,10-二苯基蒽单晶照片及其分子结构示意图。图源：Adv. Mater.

2、9,10-二苯基蒽单晶吸收X射线后的发光涉及分子整体结构的直接变化（图2a）。而无机物闪烁体发光过程需要吸收X射线后产生激子，依靠激子在晶格内部传导至发光中心而发光。因此，9,10-二苯基蒽发光效率更高、响应更快。例如，9,10-二苯基蒽发光的衰减时（decay time）仅1.63 ns（图2b），而CsI:Tl为近1000 ns（越大则响应愈慢）。

可见，并非是有机物自身不适用于闪烁体，而是需要找到合适的分子结构。