科学家制备高效纯有机闪烁体材料

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  日前,西北工业大学柔性电子前沿科学中心黄维院士、南京工业大学先进材料研究院安众福教授带领的团队与新加坡国立大学刘小钢教授课题组合作,成功实现了纯有机材料在X射线激发下的高效辐射发光,同时展现了该类材料在X射线探测、成像等领域的巨大应用潜力。相关成果1月11日(英国伦敦时间)在线发表于《自然-光子学》上。 

  闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料。有机闪烁体作为闪烁体家族的全新材料,尤其在柔性电子领域具有极大的潜在应用价值。但传统的纯有机材料主要由碳、氢、氮等质轻元素组成,对X射线的吸收较弱;另外,其弱的自旋轨道耦合作用导致有机发光材料在X射线激发下,三线态激子通常因跃迁禁阻而不发光,即只能产生源自于单线态的荧光发射。因此,生成比例达75%的三线态激子未被充分利用,限制了纯有机闪烁体材料的发展。如何实现高效的纯有机闪烁体是该领域面临的重大研究挑战之一。

  针对这一难题,研究团队利用亮态三线态激子,实现了高效的纯有机闪烁体这一设计思想。他们通过理性分子设计,引入卤素重原子,不仅提升了X射线吸收能力,而且有效地促进了三线态激子发光,进而提高了激子利用率并增强了纯有机闪烁体的辐射发光性能。该闪烁体材料对X射线的检测限为33 nGy/s,是医学X射线成像使用剂量的1/167。

  鉴于其高效、稳定的辐射发光特性,研究人员成功将该类材料应用于X射线成像领域。该成果不仅为探索新型闪烁体材料提供了一个基本的设计原则和全新途径,而且为发展用于无损射线检测、医学成像等领域的柔性X射线探测器提供了全新策略。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41566-020-00744-0 

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