在医学诊断、安全检查和工业无损检测等领域,X射线成像技术发挥着不可替代的重要作用。作为X射线成像系统的核心材料,闪烁体能够将高能X射线转化为可见光,其光输出效率、透明度、辐照稳定性和空间分辨率直接决定成像质量。传统无机闪烁体虽然具有较强的X射线吸收能力和较好的辐照稳定性,但通常需要高温、高压等复杂制备工艺,且在大面积、柔性化和低成本加工方面仍存在一定限制。近年来,有机-无机杂化金属卤化物因兼具高X射线吸收能力、结构可设计性和低温加工优势,逐渐成为新型闪烁体材料的重要研究方向。然而,现有粉末-聚合物复合闪烁屏通常需要较大厚度以保证X射线吸收和发光亮度,但晶粒团聚、界面不均匀和强烈光散射等问题会显著降低空间分辨率,制约其在高分辨X射线成像中的应用。
针对上述问题,我校陈大钦教授课题组发展了一类高透明零维杂化金属卤化物玻璃闪烁体材料MTP2SbCl5和MTP2MnCl4。采用可规模化的低温熔融淬火策略,实现了厘米级透明玻璃闪烁屏的快速制备。与传统粉末-聚合物复合闪烁膜相比,该类玻璃材料具有无晶粒边界、无颗粒团聚和光学均匀性高等特点,可有效抑制成像过程中的光散射和横向光扩散,从而显著提升X射线成像分辨率。研究表明,两种玻璃具有良好的透明性和玻璃形成能力,透过率最高可达约90%。在1 mm厚度下,两种玻璃对X射线的衰减效率分别达到100%和99.8%,光产额分别为5819和19232 photons MeV⁻1,空间分辨率达到18.8和22.5 lp mm⁻1。此外,两种玻璃材料还表现出良好的辐照稳定性,在累计408.6 Gy的X射线辐照后,X射线激发发光强度仍分别保持初始值的98%和95%。更重要的是,该类玻璃材料具有可逆玻璃-晶体-玻璃转变和低温自修复能力,为可回收、可修复闪烁体材料的设计提供了新思路。通过调控MTP2SbCl5和MTP2MnCl4的组分比例,团队进一步实现了从绿色到黄色再到橙红色的多色辐射发光,并制备出8 cm × 8 cm和10 cm × 10 cm的大面积透明玻璃闪烁屏。该成果不仅突破了传统闪烁体材料在光散射、单色发光和加工成型方面的局限,也为发展低成本、大面积、高分辨、自修复和多色可视化X射线成像材料提供了新的材料平台。
相关研究成果以“Transparent hybrid metal halide glassy scintillators for tunable multicolor and high-resolution X-ray imaging”为题,发表于国际权威学术期刊《Journal of Advanced Ceramics》。福建师范大学为论文第一完成单位,我校学生黄祺昕、金世林和魏璐瑶为共同第一作者,金世林、陈大钦教授为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金和福建省自然科学基金等项目支持。
论文链接:https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221317
(物理与能源学院)