【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，鄭州大學(xué)物理學(xué)院、中原之光實驗室宋繼中教授團隊在色集成白光閃爍體研究方向取得新進展，實現(xiàn)了均衡三基色信號輸出的白光閃爍體，展示了在密度分辨X射線成像中的應(yīng)用。
低維金屬鹵化物具有高原子序數(shù)、高發(fā)光效率、寬光譜發(fā)射等特性，作為閃爍體在核醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)無損檢測和高能射線探測等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。近年來，Cu基、Mn基、Zr基等鹵化物閃爍體受到了廣泛的關(guān)注。一方面，通過摻雜不同光活性離子可以實現(xiàn)白光發(fā)射，但光譜范圍仍難以覆蓋整個可見光譜。另一方面，常規(guī)的X射線成像只利用閃爍體的發(fā)光強度信息，寬光譜閃爍體的發(fā)光顏色很少被有效利用。因此，如何進一步拓展閃爍體的發(fā)光光譜范圍，并充分利用多色發(fā)光信息，對于發(fā)展“彩色”X射線成像技術(shù)至關(guān)重要。
對此，鄭州大學(xué)楊智、宋繼中等發(fā)展了一種Na合金化策略用于合成3D/0D Cs?NaLuCl?/Cs?LuCl?異質(zhì)結(jié)，同時實現(xiàn)了發(fā)光增強和光譜線寬裁剪。1)結(jié)構(gòu)調(diào)控：通過分解焓理論計算，結(jié)合發(fā)光顏色、微結(jié)構(gòu)形貌的演變實驗，證實了Na合金化促使了0D相到3D相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，分析發(fā)現(xiàn)3D/0D非外延異質(zhì)結(jié)的形成得益于金屬鹵化物的軟晶格特性。2)性能和機理：3D/0D異質(zhì)結(jié)具有Type-I型能帶結(jié)構(gòu)，有利于3D到0D的高效電荷轉(zhuǎn)移(CT)，使得0D受體的發(fā)光強度提升50%；同時，Sb³?和Mn2?共摻雜使得發(fā)射光譜大幅展寬，實現(xiàn)了光譜平坦化的白光發(fā)射；通過能帶結(jié)構(gòu)計算、瞬態(tài)吸收光譜、時間分辨熒光光譜、微區(qū)熒光成像、及單顆粒電導(dǎo)率測試等系統(tǒng)表征，證明了3D/0D異質(zhì)結(jié)的CT機理。3)應(yīng)用驗證：開發(fā)色集成X射線成像技術(shù)，包括寬光譜白光閃爍體和動態(tài)范圍增強算法，實現(xiàn)了大密度差異待測物體的同時成像。
該研究闡明了金屬鹵化物異質(zhì)結(jié)中的電荷轉(zhuǎn)移機理，為設(shè)計高性能白光閃爍體及推進X射線成像應(yīng)用提供了新方案。研究成果以“Na-alloy tailored 3D/0D metal halide heterostructures enabling efficient charge transfer for color-integrated white scintillators”為題在線發(fā)表于《Nature Communications》上。論文的第一作者為楊智副研究員，通訊作者為宋繼中教授，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為獨立通訊單位。該項工作得到國家自然科學(xué)基金項目、河南省自然科學(xué)基金項目資助。
3D/0D金屬鹵化物異質(zhì)結(jié)白光閃爍體的設(shè)計、機理及應(yīng)用
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