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用戶速遞| Nature Communications: 雙異質(zhì)核殼納米晶顯著提高X射線延時(shí)3D成像

        近日，中國計(jì)量大學(xué)光電學(xué)院徐時(shí)清教授團(tuán)隊(duì)在低劑量柔性X射線成像技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果以“Dual heterogeneous interfaces enhance X-ray excited persistent luminescence for low-dose 3D imaging"為題發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications (2024, 15: 1140)上，并被Nature Communications編輯選為Research Highlight重點(diǎn)推薦。中國計(jì)量大學(xué)為該論文第一單位，雷磊研究員為第一作者，徐時(shí)清教授為通訊作者。

X射線成像技術(shù)具有高穿透特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、無損檢測和安檢等領(lǐng)域。與商用平板探測器相比，柔性X射線探測器能夠用于高度彎曲目標(biāo)物的三維成像，成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。稀土摻雜氟化物納米材料具有X射線激發(fā)多色余輝發(fā)光特征，適用于柔性X射線探測與延時(shí)三維(3D)成像應(yīng)用，且能夠避免實(shí)時(shí)X射線輻照產(chǎn)生的熒光信號干擾，但面臨高輻射劑量安全問題與成像技術(shù)復(fù)雜問題的挑戰(zhàn)，因此，開發(fā)高性能X射線激發(fā)稀土余輝發(fā)光（XEPL）材料成為當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

       團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了雙異質(zhì)核殼界面，不僅能夠抑制激活離子到表面缺陷的能量傳遞過程，降低稀土激活離子無輻射弛豫幾率，還能夠有效降低界面Frenkel缺陷形成能，促進(jìn)陷阱能級的形成并大幅增強(qiáng)余輝發(fā)光。與NaLuF4:Gd/Dy核納米晶相比，NaYF4@NaLuF4:Gd/Dy@NaYF4異質(zhì)核殼納米晶的XEPL增強(qiáng)了約40.9倍。這種雙異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)同樣能夠增強(qiáng)Pr, Er, Tm, Gd, Tb等激活離子的XEPL性能。

不同結(jié)構(gòu)Dy摻雜納米粒子的XEPL性質(zhì)對比

團(tuán)隊(duì)還研制出基于Y@Lu/Gd/Tb@Y納米晶的柔性薄膜X射線探測器件，彎曲幅度接近180度，拉伸幅度大于200%, 在300-800 nm范圍內(nèi)的光透過率大于 90%。采用自主搭建的X射線成像系統(tǒng)，在調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)值為0.2時(shí)的空間分辨率約為17.1 LP mm-1，優(yōu)于多數(shù)報(bào)道的鹵化物鈣鈦礦(通常低于10 LP mm-1)，與商用CsI (Tl)閃爍體 (≈10 LP mm-1)。在無熱激勵且輻射劑量率為4.5 µGy s-1的條件下, 雙異質(zhì)核殼納米晶的延時(shí)X射線成像質(zhì)量明顯優(yōu)于核納米晶體系。進(jìn)一步結(jié)合圖像重構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電子器件的三維成像。

                                         X射線延時(shí)3D成像

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OmniFluo990穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀上配置X射線光源即可實(shí)現(xiàn)X射線激發(fā)稀土余輝發(fā)光（XEPL）測試，該系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

1、滿足國標(biāo)《X射線衍射儀和熒光分析儀衛(wèi)視防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBZ115-2002）的要求的整機(jī)設(shè)計(jì)方案，為實(shí)驗(yàn)安全護(hù)航。

2、提供光管控制，輻射表控制功能，無需實(shí)驗(yàn)人員監(jiān)測，即可完成長時(shí)間的，復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)方案。

3、 反射和透射式光譜測試可選，預(yù)留溫控臺和定制積分球空間，可實(shí)現(xiàn)變溫測試和輻射發(fā)光強(qiáng)度測試。

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