郑州大学在钙钛矿量子点闪烁体研究方面取得重要进展

异质结闪烁体的设计、原理及性能

近日，郑州大学物理学院、中原之光实验室宋继中教授团队在钙钛矿量子点闪烁体研究方向取得重要进展，实现了兼具亮和快的钙钛矿量子点闪烁体，展示了在医学实时X射线成像中的应用。

卤化铅钙钛矿量子点(Perovskite quantum dots，PQDs)具有高原子序数，发光效率高、纳秒级发光时间等优点，是极具潜力的闪烁体材料。相比于传统单晶闪烁体，PQDs具有高辐射硬度和低温合成的优势，在极端高能射线(高辐射剂量)探测和超快核医学成像领域具有一定潜力。近年来，PQDs闪烁体的结构设计和制备方法已取得了较多进展，但是PQDs的自吸收问题仍然严重限制了辐射发光亮度，其光产额21,000 photons/MeV远低于商用CsI(Tl)的54,000 photons/MeV。

针对CsPbBr3QDs闪烁体光产额低、制备工艺兼容性差的问题，郑州大学杨智、宋继中等设计了一种多位点ZnS(Ag)-CsPbBr3异质结，提出了原位固相合成策略制备异质结闪烁体。基于光谱匹配和短D-A距离特性，通过稳态RL光谱进化，瞬态吸收和瞬态PL谱证明了ZnS(Ag)给体到CsPbBr3受体发生了高效的福斯特共振能量转移(FRET)，使得异质结闪烁体获得了光产额40,000 photons/ MeV，明显高于直接物理混合闪烁体的30,000 photons/MeV，证明了FRET导致的辐射增强可以在一定程度上弥补自吸收光损失。同时异质结闪烁体具有36 ns的快发光衰减时间和高的空间分辨率30 lp/mm。基于高光产额、快发光和高分辨成像的优势，异质结闪烁体展示了优异的高速动态X-ray成像性能，模拟了医学高速血管造影，在200帧/秒的速度和10 mGyairs−1剂量率下观察到11 cm/s的碘对比剂液流速度。该工作为设计和制造高性能异质闪烁体提供了新的方案，展示了兼具快和亮的闪烁体在实时X射线成像中的重要作用。

研究成果以“Designer bright and fast CsPbBr3perovskite nanocrystal scintillators for high-speed X-ray imaging”为题发表于《Nature Communications》上。论文的第一作者为杨智副研究员，通讯作者为宋继中教授，郑州大学物理学院为独立通讯单位。该项工作得到国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金项目资助。

审核编辑 黄宇