高能射线探测成像技术在高能物理研究、医疗影像和工业探测等领域具有重要应用。非铅金属卤化物具有毒性低、稳定性良好、发光效率高、Stokes位移大的优点,在X射线间接探测领域表现出重要的应用潜力。本文综述了近年来非铅金属卤化物闪烁体及薄膜成像器件的研究进展,首先介绍了材料组分与发光机理,然后列举了与闪烁体性能相关的关键参数,概述了单晶、粉末与纳米晶材料合成方法,阐述了近些年研究工作中关于提高成像器件分辨率的新颖思路,重点讨论了复合薄膜、陶瓷玻璃、结构化闪烁体等形式的新型闪烁体成像器件。最后,对目前闪烁体探测成像面对的挑战和潜在解决方案进行了总结与展望。
非铅金属卤化物 闪烁体 成像 薄膜 发光 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316005
1 成都大学 机械工程学院,四川 成都 610106
2 成都理工大学 材料与化学化工学院,四川 成都 610059
3 昆明理工大学 材料科学与工程学院,云南省新材料制备与加工重点实验室,云南 昆明 650093
4 交通运输部南海航海保障中心 北海航标处,广西 北海 536000
采用高温固相法制备了双钙钛矿结构的Ba2LuNbO6∶xTb3+(x = 0.01,0.02,0.05,0.10,0.20)闪烁体材料,并系统地研究了其晶体结构、形貌和X射线激发的光学性能。研究表明,在X射线激发下,Ba2LuNbO6∶Tb3+的发射光谱主要由Tb3+的特征发射组成,其中最强发射峰位于545 nm处。X射线发射(RL)强度随Tb3+浓度的增加逐渐增大,当x= 0.1时发射强度达到最大值。此外,X射线辐照5 min后的热释光(TL)曲线显示该样品存在位于T1(377 K)和T2(460 K)的两个陷阱。其陷阱深度分别为0.754 eV和0.920 eV,这表明该材料具有潜在的X射线信息存储性能。因此,我们可通过加热或者980 nm激光二极管激发,有效诱导读出存储在深陷阱中的载流子,实现高亮度光激励发光(PSL)和热刺激发光(TSL)。基于此,由Ba2LuNbO6∶Tb3+与聚二甲基硅氧烷(PDMS)所制备的柔性闪烁体薄膜,在低X射线剂量辐照下表现出优异的X射线成像分辨率(12.5 lp/mm)以及延时成像特性。以上结果表明,所制备的Ba2LuNbO6∶0.1Tb3+在X射线探测和X射线信息存储方面具有潜在的应用前景。
闪烁体 Tb3+离子 X射线探测 Ba2LuNbO6 scintillators Tb3+ ions X-ray detection Ba2LuNbO6
中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心,上海 201899
低维有机-无机杂化铜卤化物由于拥有高荧光量子效率、高稳定性和可低成本溶液法制备等优点,近年来在光电和辐射探测等领域展现出巨大应用潜力。本工作通过溶液蒸发法成功制备了零维结构(TPA)CuI2 (TPA=四丙基铵,C12H28N+)闪烁体单晶,并对其光学和X射线闪烁探测性能进行了研究。(TPA)CuI2晶体具有高热稳定性和空气稳定性,在紫外激发下,晶体展现出具有291 nm半高全宽的超宽带白光发射,荧光量子效率为62%;在X射线激发下表现出强辐照发光、低余辉、低检测限,是一种新型高性能X射线探测闪烁体。
X射线闪烁体 有机-无机杂化 卤化亚铜 溶液法 X-ray scintillators organic-inorganic hybrid copper(I) halides solution method
Author Affiliations
Abstract
Department of Physics, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China
Scintillators are the vital component in X-ray perspective image technology that is applied in medical imaging, industrial nondestructive testing, and safety testing. But the high cost and small size of single-crystal commercialized scintillators limit their practical application. Here, a series of Tb3+-doped borosilicate glass (BSG) scintillators with big production size, low cost, and high spatial resolution are designed and fabricated. The structural, photoluminescent, and scintillant properties are systematically investigated. Benefiting from excellent transmittance (87% at 600 nm), high interquantum efficiency (60.7%), and high X-ray excited luminescence (217% of Bi4Ge3O12), the optimal sample shows superhigh spatial resolution (exceeding 20 lp/mm). This research suggests that Tb3+-doped BSG scintillators have potential applications in the static X-ray imaging field.
scintillators borosilicate glass X-ray imaging Tb3+ high spatial resolution Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071601
1 昆明理工大学材料科学与工程学院, 云南省新材料制备与加工重点实验室, 昆明 650093
2 云南阿飞皮纳科技有限公司, 昆明 650093
3 成都大学机械工程学院, 高等研究院, 先进材料多尺度变形及破坏力学研究所, 成都 610106
闪烁体是X射线成像技术中的核心器件, 它能将吸收的高能射线(X射线或其他高能带电粒子)转化为可见光, 已被广泛应用于医疗诊断、辐射剂量测定和安全检查等领域。目前大多数的商用闪烁体为单晶或薄膜材料, 不仅制备工艺复杂、生长周期长、成本高, 并且辐照稳定性差, 成像效果不佳。通过在透明玻璃基体内原位析出ZnS量子点, 探索ZnS量子点微晶玻璃(GC)作为一种成本低、耐候性强的闪烁体在X射线间接成像领域的应用。实验结果表明, 在X射线辐照下ZnS GC的发射峰位于518 nm, 并利用X成像系统对鱼骨骼和芯片进行成像, 由于ZnS量子点在玻璃基体中的均匀分布, 结果显示图像轮廓清晰、物体内部结构分明, 并且成像分辨率达到18.0 lp/mm。此外, 在累积剂量高达288 J/kg的情况下, 损坏的ZnS GC闪烁体可通过简单的热处理完全恢复成像性能。ZnS GC作为闪烁体在高分辨X射线成像领域表现出广泛的应用前景。
硫化锌量子点 微晶玻璃 X射线成像 透明闪烁体 高剂量可恢复 zinc sulfide quantum dot glass-ceramics X-ray imaging transparent scintillators high-dose recoverable
1 1.上海师范大学 化学与材料科学学院, 上海 200234
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
4 4.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200082
近年来, 拥有高发光量子效率的低维钙钛矿/类钙钛矿结构金属卤化物在辐射探测领域展现出潜在的应用前景。本工作利用反溶剂扩散法生长了高光学质量的厘米级尺寸零维结构Cs3Cu2I5单晶, 并系统研究了其光学吸收、透过、光致激发和发射、时间分辨光致发光、X射线辐照发光、余辉、热释光以及伽马射线探测性能。溶液法制备的Cs3Cu2I5晶体的光学带隙为3.68 eV。在X射线激发下, Cs3Cu2I5单晶的蓝光发射峰位于448 nm, 来源于自陷激子发光。闪烁衰减时间主分量为947 ns (96%)。Cs3Cu2I5单晶的余辉水平与商用BGO晶体相当。此外, 该晶体作为伽马射线闪烁体也表现出29000 photons/MeV的高光产额, 与熔体法制备的Cs3Cu2I5晶体闪烁性能相当。本研究证实了低成本制备高性能Cs3Cu2I5闪烁晶体的可行性。
零维钙钛矿 闪烁体 Cs3Cu2I5单晶 反溶剂扩散法 布里奇曼法 zero-dimensional perovskites scintillators Cs3Cu2I5 single crystal anti-solvent diffusion method Bridgman method
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
无论在直接型还是间接型X射线探测领域内,金属卤化物钙钛矿或类钙钛矿都是一类非常有前景的探测材料。这类新型材料具有优越的性能,如强X射线阻挡能力和低成本优势,其X射线探测研究已经取得了很大进展,引起了国际上的关注。基于这类材料的X射线成像系统也已被成功开发。首先介绍X射线探测与成像的基本原理,总结基于新型金属卤化物半导体和闪烁体的直接型和间接型X射线探测与成像的进展,最后提出一些存在的问题和可能的展望。
探测器 钙钛矿 X射线 闪烁体 成像系统 光学学报
2022, 42(17): 1704002