近日，我院、广东省量子调控工程与材料重点实验室青年拔尖人才郑克志副教授与深圳大学王瑀研究员课题组合作，在X射线探测与成像方面取得重要进展，通过构建有机-无机杂化体系，成功实现了稀土金属有机框架材料在X射线激发下的高效辐射发光，同时展现了该类材料在X射线探测和成像等领域的应用潜力。相关成果以“High-Performance X-Ray Imaging using Lanthanide Metal–Organic Frameworks”为题，于3月22日发表在国际顶尖期刊《Advanced Science》上。

闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料。从化学成分来讲，闪烁体主要分为有机闪烁体和无机闪烁体两大类。传统的无机闪烁体，如NaI（Tl）、CsI（Tl）、YAlO₃（Ce）、等，尽管可以有效地进行X射线探测，但几乎所有这些材料都是块状晶体，需要在高温条件下通过Czochralski法生长，制备条件苛刻，价格昂贵；传统的有机闪烁体虽然制备方法简单，但它们主要由碳、氢、氮等质轻元素组成，对X射线的吸收较弱，辐射发光效率较低。因此，如何构建在柔性光电子领域具有潜在应用价值的高效闪烁体是研究者们面临的重大挑战之一。

针对这一难题，本研究通过理论模拟，筛选出具有优异发光特性的稀土金属和具有强光敏性的H₃BTC分别作为金属位点和有机配体，构建了一类稀土金属有机框架材料，发展了一种在较低温下低成本柔性高效闪烁体的制备方法。在X射线激发下，稀土金属有机框架材料表现出高效的辐射发光特性。这一方面是源于具有重原子序数的稀土元素对辐射产生载流子的直接捕获，另一方面稀土离子的加入可以有效调控分子的三重态激子动力学，从而提高H₃BTC到稀土离子的三重态能量转移效率。本研究得到的稀土金属有机框架闪烁体对X射线检测的最低检出限为23 nGy s^-1，比通常用于X射线诊断的剂量低约240倍。这将大大地降低医学检查所需的辐射剂量，避免高强度辐射对人体造成的伤害，提高X射线检查的安全性。同时，将这种闪烁体材料添加到聚二甲基硅氧烷基质中制作成像屏，本研究演示了它们在高分辨率X射线成像方面的应用，利用普通的数码相机获得了分辨率大于16.6 lp mm^-1 的成像结果。本研究不仅为探索新型高效闪烁体材料提供了一个基本的设计原则和全新途径，而且为发展用于无损射线检测、医学成像等领域的柔性X射线探测器开辟了新思路。

我院硕士研究生张欣童为论文第一作者，我院郑克志副教授与深圳大学王瑀研究员为论文共同通讯作者，华南师范大学为该论文的第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广州市科技计划项目等的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202207004

基于稀土金属有机框架闪烁体的X射线成像

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