西北工業大學黃維院士團隊發現全無機鈣鈦礦奈米晶閃爍體

如果醫院有一款超靈敏的X射線探測檢測器，每一次X光檢查對人體的有害輻射可極大地減少，甚至危害可忽略，你會不會覺得安全了很多。

日前，西北工業大學黃維院士與新加坡國立大學劉小鋼教授（西北工業大學長江學者講座教授）以及福州大學楊黃浩教授帶領下的國際合作團隊，在X射線閃爍體研究領域取得了突破性的重大進展，使之成為可能。

在長期研究的基礎上，他們發現了一類全無機鈣鈦礦奈米晶閃爍體，其在可見光區可調諧。較之於傳統閃爍體，基於該類奈米晶製備而成的閃爍體對X射線具有高效的輻射發光響應。該工作不僅實現了基於該型閃爍體的彩色輻射發光顯示，還整合了一種柔性和超高靈敏度的X射線探測器，探索了X射線探測器的結果可視化以及在電子電路領域的應用。這些原創性成果于8月27日在《自然》雜誌上線上發表。

閃爍體是一類吸收高能粒子或射線後能夠發光的材料，可用於輻射探測和安全防護，通常在應用中將其加工成晶體，稱為閃爍晶體。

在醫學上，閃爍體是核醫學影像設備比如X光、CT等檢查設備的核心部件。同時，在行李安檢、集裝箱檢查、大型工業設備無損探傷、石油測井、放射性探測、環境監測等領域，閃爍體都發揮著不可替代的作用。

以往常規閃爍體一般是在高溫條件下煅燒合成，不僅價格昂貴，而且對X射線光子能量的轉化效率有限，其輻射發光性能很難在可見光區調諧。

有鋻於此，黃維院士團隊在研究中發現了一種含有銫和鉛重原子成分的鈣鈦礦奈米晶閃爍體，具有較強的X射線吸收能力、高效的三重態發光特徵、可調控的電子能級結構以及較快的輻射發光速率。

和其他無機閃爍體不一樣的是，這些鈣鈦礦奈米晶是通過溶液制得，合成溫度相對較低，因此可以産生X射線誘導的激發，通過對合成前驅體中陰離子的改變就可實現在可見光區的可調諧。

研究人員利用鈣鈦礦奈米晶閃爍體特徵製造出的柔性和高靈敏的X-射線探測器，探測極限最低可達到13 nGy s-1，是普通醫學成像輻射劑量的1/400。也就是説，醫院拍片後對人體輻射劑量的1/400，都可以被這個探測器探測到。

這種輻射發光顏色可調的鈣鈦礦奈米晶閃爍體，為X射線的可視化探測提供了更為簡便的方法，只需要通過數位相機記錄相關圖片即可。除此之外，還可以和商業平板成像儀整合，用於檢測電子電路板的低劑量X-射線輻射。

此外，該類鈣鈦礦奈米晶閃爍體的發現為製備大面積柔性閃爍體膜提供了可能性，可極大地提高X射線檢測與成像靈敏度，降低X射線在醫學診斷和X光機安全檢查等方面的輻射使用劑量，使得基於X光的應用更加安全。

該研究成果為實現閃爍體材料的性能調控提供了全新思路和途徑。這類鈣鈦礦奈米晶閃爍體的出現，不僅能夠大大促進X射線檢測技術與成像原理在醫學成像、國防科技、安全檢查和高能物理研究等眾多傳統領域的進一步發展，同時也將推動奈米發光材料新興領域在國計民生中的應用。

相關研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”為題于Nature雜誌線上發表，黃維為該論文的共同通訊作者。該研究工作得到了國家重大科學研究（973）計劃（2015CB932200 鈣鈦礦型太陽電池的基礎研究）和國家自然科學基金（21635002, 21471109, 21210001、21405143）的支援。

據悉，2014年以來，黃維院士領銜的創新團隊已相繼在《自然》（Nature）《自然.材料》（Nature.Materials）《自然.奈米技術》（Nature Nanotechnology）《自然.光子學》（Nature Photonics）和《自然.通訊》（Nature Communications）等國際頂尖學術期刊上發表一系列重要學術成果。此次發現的全無機鈣鈦礦奈米晶閃爍體實現多彩輻射發光和超靈敏X射線檢測，是該團隊取得的又一重大科研成果。（許文妍 通訊員王凡華）