为高分辨率、快速 X 射线成像开发出具有良性晶界的新型闪烁体薄膜

传统三维 CsI:Tl 闪烁膜与一维包晶 Cs5Cu3Cl6I2 闪烁膜的比较。资料来源：Wu Haodi

中国科学院上海陶瓷研究所吴云涛教授领导的研究小组与华中科技大学的合作者共同开发出一种新型无机闪烁体，可用于高分辨率、快速 X 射线成像。该研究发表在《科学进展》（Science Advances）上。

闪烁体对 X 射线探测器的小光斑探测和高速成像至关重要。柱状结构闪烁体薄膜（如 CsI:Tl）具有低散射和像素间串扰的特点，在 X 射线平板探测器的高分辨率和高像素填充因子方面显示出其固有的优势。然而，余辉效应会导致残影和图像模糊，这仍然是闪烁体薄膜面临的严峻挑战。

在这项研究中，研究人员开发了一种一维（1D）Cs5Cu3Cl6I2闪烁体，其中的载流子大多被限制在一维链内，其原子通过强共价键连接。一维 Cs5Cu3Cl6I2 薄膜倾向于生长成柱状结构，这是由沿链的较快生长速度在热力学上驱动的。

最重要的是，这些薄膜在晶界处保持了链的完整性，消除了有害的悬空键，减少了非辐射重组损耗和余辉，因此非常适合用于高分辨率和快速成像的闪烁体薄膜。

合理设计的一维闪烁体 Cs5Cu3Cl6I2 兼具了人们长期追求的高闪烁率（CsI:Tl 的 1.2 倍）、低余辉（10 毫秒时为 0.1%）、柱状生长能力、低毒性和良好稳定性。

据研究人员称，Cs5Cu3Cl6I2 X 射线成像器实现了高空间分辨率和出色的探测量子效率，超过了几乎所有已报道的闪烁体。

此外，它对湿度和连续辐照具有很高的稳定性，而且其组成元素价格低廉、无毒、无放射性。

这种新材料是闪烁体性能和成本方面的重大突破，为快速、高分辨率 X 射线成像应用开辟了新的可能性。

参考资料

Haodi Wu et al, One-dimensional scintillator film with benign grain boundaries for high-resolution and fast x-ray imaging, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh1789