13日，記者從南京工業(yè)大學(xué)獲悉，中國科學(xué)院院士黃維、南京工業(yè)大學(xué)安眾福教授帶領(lǐng)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在有機(jī)閃爍體領(lǐng)域取得突破。他們打破重金屬原子構(gòu)建高效閃爍體的傳統(tǒng)認(rèn)知，成功實(shí)現(xiàn)了無重金屬純有機(jī)材料在X射線激發(fā)下的高效輻射發(fā)光，同時(shí)展現(xiàn)了該類材料在X射線探測、成像等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。該成果近日在線發(fā)表于國際頂尖學(xué)術(shù)刊物《自然•光子學(xué)》上。

 

閃爍體是一類吸收高能粒子或射線后能夠發(fā)光的材料。X射線激發(fā)的閃爍體材料在輻射探測、安全檢測、生物醫(yī)學(xué)、X射線天文學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

然而，高效閃爍體材料多為以陶瓷閃爍體為代表的無機(jī)材料，其制備受限于高溫合成，且難以在柔性基底上實(shí)現(xiàn)大面積制備。

由于不含金屬的純有機(jī)材料具有原材料儲(chǔ)量豐富、機(jī)械柔性高、加工性能優(yōu)、可大面積制備等突出優(yōu)勢。因而，有機(jī)閃爍體可作為閃爍體家族的全新材料，尤其是在柔性電子領(lǐng)域具有極大的潛在應(yīng)用價(jià)值。但傳統(tǒng)的純有機(jī)材料主要由碳、氫、氮等質(zhì)輕元素組成，對(duì)X射線的吸收較弱;另外，其弱的自旋軌道耦合作用導(dǎo)致有機(jī)發(fā)光材料在X射線激發(fā)下，三線態(tài)激子通常因躍遷禁阻而不發(fā)光，即只能產(chǎn)生源自于單線態(tài)的熒光發(fā)射。

因此，如何設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)高效的純有機(jī)閃爍體是該領(lǐng)域面臨的重大研究挑戰(zhàn)之一。

針對(duì)這一世界性科學(xué)難題，中國科學(xué)院院士黃維、南京工業(yè)大學(xué)安眾福教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)與新加坡國立大學(xué)劉小鋼教授課題組合作，利用亮態(tài)三線態(tài)激子，提出了一種實(shí)現(xiàn)高效純有機(jī)閃爍體的普適性設(shè)計(jì)策略。

安眾福介紹，他們通過理性的分子設(shè)計(jì)，引入鹵素重原子，不僅提升了X射線吸收能力，而且有效地促進(jìn)了三線態(tài)激子發(fā)光，進(jìn)而提高了激子利用率并增強(qiáng)了純有機(jī)閃爍體的輻射發(fā)光性能。該閃爍體材料對(duì)X射線的檢測限為33 nGy/s，是醫(yī)學(xué)X射線成像使用劑量的1/167。該成果為發(fā)展用于無損射線檢測、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的柔性X射線探測器提供了全新策略。