近日，我院鄭偉教授團(tuán)隊(duì)在國際期刊Advanced Materials發(fā)表題為“Exciton Diffusion-Suppressed Scintillator for Ultrafast and High-Resolution Radiography” 的最新研究成果。該工作提出一種通過抑制體相激子擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)超快響應(yīng)與高分辨成像協(xié)同提升的閃爍體設(shè)計(jì)策略。研究團(tuán)隊(duì)在納米多孔模板中構(gòu)筑高度有序的一維有機(jī)-無機(jī)雜化閃爍體納米線陣列閃爍屏，實(shí)現(xiàn)了納秒級超快輻射響應(yīng)（1.87 ns）與高分辨X射線成像（57.1 lp/mm）的協(xié)同突破，為發(fā)展新一代超快、高分辨輻射成像技術(shù)提供了新的材料方案。

圖1 兼具超快衰減與高分辨特性的PEA?PbBr?納米線陣列閃爍屏 (PNSS) 設(shè)計(jì)理念

基于閃爍體的X射線成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于高能物理實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)放射診斷（CT、DR）、工業(yè)無損檢測、安全檢查以及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。隨著超快X射線成像技術(shù)的發(fā)展，對閃爍體的時間響應(yīng)速度提出了更高要求。然而，傳統(tǒng)無機(jī)閃爍體（如 CsI:Tl、NaI:Tl、GOS、YAG:Ce 等）雖然具有較高光產(chǎn)額，但其衰減時間通常在幾十至上百納秒量級，難以滿足超快成像需求，因此開發(fā)具有超快響應(yīng)的新型閃爍體材料成為重要研究方向。

近年來，有機(jī)–無機(jī)雜化材料因其天然量子阱結(jié)構(gòu)和優(yōu)異發(fā)光特性受到廣泛關(guān)注。其中，鉛基有機(jī)–無機(jī)雜化閃爍體具有較高光產(chǎn)額和快速發(fā)光特性，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)超快輻射探測的重要候選材料。然而，在高能射線激發(fā)條件下，該體系仍面臨體相激子衰減較慢（>10 ns）以及大尺寸單晶難以穩(wěn)定生長等問題，限制了其在超快射線成像中的應(yīng)用。

針對上述問題，本研究提出負(fù)壓輔助溶液生長方法，以有機(jī)-無機(jī)雜化閃爍體中的典型材料PEA?PbBr?為主要研究對象，在納米通孔模板中構(gòu)筑均勻致密的一維 PEA?PbBr? 納米線陣列閃爍屏（PNSS）。一維空間限域有效抑制體相激子擴(kuò)散并提高局域激子密度，使PNSS表現(xiàn)出顯著加快的輻射發(fā)光衰減（τ?/e = 1.87 ns）。同時，規(guī)則排列的納米通孔結(jié)構(gòu)形成周期性光波導(dǎo)，有效抑制橫向光傳播與串?dāng)_，從而顯著提升X射線成像分辨率。成像實(shí)驗(yàn)表明，PNSS能夠清晰分辨小于20 μm的微結(jié)構(gòu)，空間分辨率達(dá)到 57.1 lp/mm（MTF = 0.2）。該研究為有機(jī)–無機(jī)雜化閃爍體在超快射線成像與高時間分辨輻射探測領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。

圖2 PNSS的制備策略與表征

圖3 PNSS在不同激發(fā)源下的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)光譜性能

圖4 PNSS在超快X射線成像中的應(yīng)用潛力及其在X射線激發(fā)下展示出的高分辨成像性能

上述成果于2026年2月4日發(fā)表于期刊Advanced Materials。論文第一作者為威廉希爾WilliamHill官方網(wǎng)站料學(xué)院2023級博士研究生宋曉宇，通訊作者為鄭偉教授。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202521327