近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員吳云濤課題組與北京工業大學副研究員肖家文課題組合作，在前期研制的零維結構Cs3Cu2I5單晶基礎上【Physica Status Solidi RRL，14 (2020) 2000374;Advanced Optical Materials，9 (2021) 2100460】，提出In+摻雜提升載流子捕獲效率，獲得了高光輸出、高空間分辨X射線探測晶體材料。研究表明，In+摻雜形成了熒光量子效率達到88.4%的激子束縛態發光中心。進一步優化In+摻雜濃度發現，Cs3Cu2I5的穩態光產額可提升1.66倍，X射線檢測限優化至96 nGyair/s(低于X射線醫學診斷所需的5.5 μGyair/s)。基于In+摻雜Cs3Cu2I5單晶的X射線成像空間分辨率可達18 lp/mm，優于已報道的CsI:Tl基平板、全無機鈣鈦礦納米晶成像屏和熱激活延遲熒光有機閃爍屏的性能。相關成果以Highly resolved X-ray imaging enabled by In(I) doped perovskite-like Cs3Cu2I5 single crystal scintillator為題，發表在Advanced Optical Materials上，并申請中國發明專利一項。
此外，吳云濤課題組利用低溫溶液法，制備出新型零維結構有機銅基鹵化物(Bmpip)2Cu2Br4和PPh4CuBr2閃爍晶體，在X射線輻照下分別表現出寬帶橙色和黃色發光。其中，(Bmpip)2Cu2Br4晶體的發光來源于缺陷束縛激子發光，具有高熒光量子效率(48.2%)和高激子結合能(0.56 eV)特性。該晶體擁有16,000 photons/MeV的高X射線穩態光產額、56 ns的快閃爍衰減時間，以及710 nGyair/s的低X射線檢測限。基于無毒、高輻照和空氣穩定性、快衰減以及良好的X射線檢測性能，(Bmpip)2Cu2Br4晶體被認為是有潛力的X射線探測閃爍體。相關成果以Lead-free zero-dimensional organic-copper(I) halides as stable and sensitive X-ray scintillators為題，發表在ACS Applied Materials & Interfaces上，并申請中國發明專利一項。
研究工作得到國家自然科學基金、上海市“探索者計劃”項目、上海市科學技術委員會高新技術領域項目的支持。
論文鏈接：1、2
Cs3Cu2I5:In晶體閃爍性能：a、X射線激發發射光譜;b、137Cs 伽馬能譜;c、X射線和伽馬射線激發下光產額與In濃度的關系;d、X射線激發的余輝曲線;e、二維熱釋光譜;f、閃爍衰減曲線;g、閃爍衰減快慢分量、占比與In濃度之間的關系;h、不同X射線輻照劑量率下的響應信噪比
Cs3Cu2I5:In 晶體X射線成像性能：a、X射線成像系統原理示意圖;b-c、膠囊殼內的彈簧和電子元器件照片及使用未摻雜和In摻雜Cs3Cu2I5單晶作為閃爍屏的X射線成像圖;d、標準X射線成像測試板;e、標準測試板基于未摻雜和In摻雜Cs3Cu2I5單晶的X射線成像圖
(Bmpip)2Cu2Br4和PPh4CuBr2晶體的物相性質：(a)(Bmpip)2Cu2Br4和(b)PPh4CuBr2晶體照片;(c)Bmpip+和Cu2Br42-基元，以及(Bmpip)2Cu2Br4晶體結構;(d)PPh4+和CuBr2-基元，以及PPh4CuBr2晶體結構;(e)(Bmpip)2Cu2Br4和(f)PPh4CuBr2粉末X射線衍射圖譜
(Bmpip)2Cu2Br4和PPh4CuBr2晶體的X射線探測性能：(a)X射線激發發射譜;(b)(Bmpip)2Cu2Br4的閃爍衰減曲線;(c)PPh4CuBr2的閃爍衰減曲線;(d)與其他代表性閃爍晶體的品質因子對比;(e)不同X射線輻照劑量率下的響應信噪比;(f)X射線激發的余輝曲線
