低維金屬鹵化物具有高原子序數(shù)、高發(fā)光效率、寬光譜發(fā)射等特性，作為閃爍體在核醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)和高能射線探測(cè)等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。近年來(lái)，Cu基、Mn基、Zr基等鹵化物閃爍體受到了廣泛的關(guān)注。一方面，通過(guò)摻雜不同光活性離子可以實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，但光譜范圍仍難以覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光譜。另一方面，常規(guī)的X射線成像只利用閃爍體的發(fā)光強(qiáng)度信息，寬光譜閃爍體的發(fā)光顏色很少被有效利用。因此，如何進(jìn)一步拓展閃爍體的發(fā)光光譜范圍，并充分利用多色發(fā)光信息，對(duì)于發(fā)展“彩色”X射線成像技術(shù)至關(guān)重要。
 

　　對(duì)此，鄭州大學(xué)楊智、宋繼中等發(fā)展了一種Na合金化策略用于合成3D/0D Cs?NaLuCl?/Cs?LuCl?異質(zhì)結(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了發(fā)光增強(qiáng)和光譜線寬裁剪。1)結(jié)構(gòu)調(diào)控：通過(guò)分解焓理論計(jì)算，結(jié)合發(fā)光顏色、微結(jié)構(gòu)形貌的演變實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了Na合金化促使了0D相到3D相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，分析發(fā)現(xiàn)3D/0D非外延異質(zhì)結(jié)的形成得益于金屬鹵化物的軟晶格特性。2)性能和機(jī)理：3D/0D異質(zhì)結(jié)具有Type-I型能帶結(jié)構(gòu)，有利于3D到0D的高效電荷轉(zhuǎn)移(CT)，使得0D受體的發(fā)光強(qiáng)度提升50%；同時(shí)，Sb³?和Mn2?共摻雜使得發(fā)射光譜大幅展寬，實(shí)現(xiàn)了光譜平坦化的白光發(fā)射；通過(guò)能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算、瞬態(tài)吸收光譜、時(shí)間分辨熒光光譜、微區(qū)熒光成像、及單顆粒電導(dǎo)率測(cè)試等系統(tǒng)表征，證明了3D/0D異質(zhì)結(jié)的CT機(jī)理。3)應(yīng)用驗(yàn)證：開(kāi)發(fā)色集成X射線成像技術(shù)，包括寬光譜白光閃爍體和動(dòng)態(tài)范圍增強(qiáng)算法，實(shí)現(xiàn)了大密度差異待測(cè)物體的同時(shí)成像。
 

　　該研究闡明了金屬鹵化物異質(zhì)結(jié)中的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理，為設(shè)計(jì)高性能白光閃爍體及推進(jìn)X射線成像應(yīng)用提供了新方案。研究成果以“Na-alloy tailored 3D/0D metal halide heterostructures enabling efficient charge transfer for color-integrated white scintillators”為題在線發(fā)表于《Nature Communications》上。論文的第一作者為楊智副研究員，通訊作者為宋繼中教授，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為獨(dú)立通訊單位。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、河南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
 

3D/0D金屬鹵化物異質(zhì)結(jié)白光閃爍體的設(shè)計(jì)、機(jī)理及應(yīng)用