鄭州大學物理學院、中原之光實驗室在色集成白光閃爍體的研究中取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】近日，鄭州大學物理學院、中原之光實驗室宋繼中教授團隊在色集成白光閃爍體研究方向取得新進展，實現了均衡三基色信號輸出的白光閃爍體，展示了在密度分辨X射線成像中的應用。
 

　　低維金屬鹵化物具有高原子序數、高發光效率、寬光譜發射等特性，作為閃爍體在核醫學成像、工業無損檢測和高能射線探測等領域極具應用前景。近年來，Cu基、Mn基、Zr基等鹵化物閃爍體受到了廣泛的關注。一方面，通過摻雜不同光活性離子可以實現白光發射，但光譜范圍仍難以覆蓋整個可見光譜。另一方面，常規的X射線成像只利用閃爍體的發光強度信息，寬光譜閃爍體的發光顏色很少被有效利用。因此，如何進一步拓展閃爍體的發光光譜范圍，并充分利用多色發光信息，對于發展“彩色”X射線成像技術至關重要。
 

　　對此，鄭州大學楊智、宋繼中等發展了一種Na合金化策略用于合成3D/0D Cs?NaLuCl?/Cs?LuCl?異質結，同時實現了發光增強和光譜線寬裁剪。1)結構調控：通過分解焓理論計算，結合發光顏色、微結構形貌的演變實驗，證實了Na合金化促使了0D相到3D相的結構轉變，分析發現3D/0D非外延異質結的形成得益于金屬鹵化物的軟晶格特性。2)性能和機理：3D/0D異質結具有Type-I型能帶結構，有利于3D到0D的高效電荷轉移(CT)，使得0D受體的發光強度提升50%；同時，Sb³?和Mn2?共摻雜使得發射光譜大幅展寬，實現了光譜平坦化的白光發射；通過能帶結構計算、瞬態吸收光譜、時間分辨熒光光譜、微區熒光成像、及單顆粒電導率測試等系統表征，證明了3D/0D異質結的CT機理。3)應用驗證：開發色集成X射線成像技術，包括寬光譜白光閃爍體和動態范圍增強算法，實現了大密度差異待測物體的同時成像。
 

　　該研究闡明了金屬鹵化物異質結中的電荷轉移機理，為設計高性能白光閃爍體及推進X射線成像應用提供了新方案。研究成果以“Na-alloy tailored 3D/0D metal halide heterostructures enabling efficient charge transfer for color-integrated white scintillators”為題在線發表于《Nature Communications》上。論文的第一作者為楊智副研究員，通訊作者為宋繼中教授，鄭州大學物理學院為獨立通訊單位。該項工作得到國家自然科學基金項目、河南省自然科學基金項目資助。
 

3D/0D金屬鹵化物異質結白光閃爍體的設計、機理及應用