Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

De toekomst van röntgenbeeldvorming:ultrastabiele oplossingen met hoge resolutie en loodvrije anti-perovskiet nanokristallen

Transparante glasachtige composieten met loodvrije anti-perovskiethalogenide nanokristallen maken ultrastabiele röntgenbeelden met hoge resolutie mogelijk. Credit:Geavanceerde fotonica (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002

Op het gebied van materiaalinspectie, medische diagnostiek, astronomische ontdekkingen en wetenschappelijk onderzoek heeft de vraag naar hoge resolutie en ultrastabiele röntgenbeeldvormingsmethoden geleid tot een vurig streven naar innovatieve, op röntgenstraling reagerende materialen. Deze gewilde materialen moeten uitzonderlijke eigenschappen bezitten, zoals hoge röntgenstralingsverzwakking, efficiënte scintillatie, snel lichtverval en robuuste duurzaamheid.



Onder hen zijn op loodhalogeniden gebaseerde perovskieten een aantrekkelijke concurrent geworden vanwege hun opmerkelijke luminescentie-efficiëntie, superieure röntgenverzwakkingsmogelijkheden en korte fluorescentielevensduur. De toepassing ervan in het scintillatieveld wordt echter belemmerd door de toxiciteit van lood (Pb), de lage fotonenopbrengst veroorzaakt door zelfabsorptie-effecten, en de slechte stabiliteit van röntgenstraling.

Barrières doorbreken:loodvrije anti-perovskiet nanokristallen

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, hebben onderzoekers oplossingen gezocht in loodvrije nuldimensionale (0D) metaalhalogeniden, zoals op koper, zilver, zirkonium en mangaan gebaseerde halogeniden. Deze intrigerende alternatieven zijn veelbelovend gebleken als effectieve scintillatoren voor röntgendetectie en -beeldvorming, met hoge fotonenopbrengsten, diverse samenstellings- en structuuropties en een uniek luminescentiemechanisme dat bekend staat als self-trapped excitons (STE's).

Een grote hindernis ligt echter in de vervaardiging van deze metaalhalogeniden als dunne films of wafels, wat resulteert in een ondermaatse beeldresolutie als gevolg van lichtverstrooiing veroorzaakt door grote deeltjes en kristalgrenzen. Bovendien worden loodvrije 0D-metaalhalogeniden geconfronteerd met uitdagingen die verband houden met slechte stabiliteit, vooral in warme en vochtige omgevingen.

In een doorbraak gerapporteerd in Advanced Photonics ontwikkelden onderzoekers van de South China University of Technology een baanbrekende aanpak die een revolutie teweegbrengt in röntgenbeeldvorming. Ze zorgden voor ultrastabiele röntgenbeelden met hoge resolutie, zelfs onder veeleisende omstandigheden met hoge temperaturen en vochtigheid. De sleutel:loodvrij Cs3 MnBr5 anti-perovskiet nanokristallen ingebed in een glasmatrix.

(a) Schematische voorstelling van het röntgenbeeldvormingssysteem. (b) Helderveld- en röntgenbeelden van de standaard röntgenresolutiepatroonplaat met het Cs3MnBr5 NC-ingebedde glas. (c) MTF van röntgenbeelden verkregen uit het Cs3MnBr5 NC-ingebedde glas (de dikte is 0,6 mm). (d) Foto's van een cilindrische ABS-hars ingebed met een ijzeren veer in lucht (boven) en in dimethylsiliconenolie (onder). (e) Warmtebeeldfoto's (boven) en röntgenfoto's (onder) van de cilindrische ABS-hars ingebed met een ijzeren veer ondergedompeld in dimethylsiliconenolie bij verschillende temperaturen. Schaalbalk, 1 cm. (f) RL-intensiteit van Cs3MnBr5 NC's in het glas geregistreerd gedurende continue 120 aan / uit-cycli gedurende 60 minuten. (g) Foto (links) en röntgenfoto's (rechts) van de chip genomen onder continue bestraling gedurende 2 uur. Schaalbalken, 2 mm. Credit:Geavanceerde fotonica (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002

In tegenstelling tot traditionele perovskietmaterialen bezitten anti-perovskieten een kenmerkende structuur die wordt weergegeven als [MX4 ]XA3 [A =alkalimetaal; M =overgangsmetaal; en X =chloor (Cl), broom (Br) en jodium (I)]. Deze unieke configuratie beschikt over een luminescentiecentrum, de [MX4 ] 2- tetraëder, genesteld in een driedimensionale (3D) XA6 octaëdrische anti-perovskiet-skelet. Deze structuur vermindert de interactie van het luminescentiecentrum aanzienlijk, bevordert verbeterde ruimtelijke opsluitingseffecten en levert uiteindelijk een hoge kwantumefficiëntie en luminescentiestabiliteit op.

Door het proces van in-situ kristallisatie tijdens het gloeien ontstaat Mn 2+ ionen worden naadloos geïntegreerd in de glasmatrix, waardoor instelbare luminescentiekleuren ontstaan, variërend van rood tot groen, zoals voorgeschreven door het uitgloeischema. Bovendien is de Cs3 MnBr5 In nanokristallen ingebed glas vertoont een ongeëvenaarde röntgenstralingsstabiliteit, thermische stabiliteit en waterbestendigheid.

Opmerkelijk genoeg beschikt het ook over een uitzonderlijke röntgendetectielimiet (767 nanogray per seconde), een indrukwekkende ruimtelijke resolutie voor röntgenbeeldvorming (19,1 lijnparen per millimeter) en een uitstekende stabiliteit van de röntgendosisbestraling (5,775 milligray per seconde).

Dit werk presenteert een intrigerend nieuw schema dat het potentieel benut van transparante glasachtige composieten waarin loodvrije anti-perovskiethalogenide nanokristallen zijn verwerkt voor ultrastabiele röntgenbeeldvormingstoepassingen met hoge resolutie. De resultaten van dit onderzoek zouden als katalysator kunnen dienen en verdere verkenning en ontwikkeling van nieuwe metaalhalogenide-anti-perovskietmaterialen kunnen stimuleren. Uiteindelijk maakt deze ontdekking de weg vrij voor de toekomstige ontwikkeling van röntgenapparatuur van de volgende generatie, die transformatieve vooruitgang op het gebied van röntgendiagnostiek en beeldvorming belooft.

Meer informatie: Yakun Le et al., Transparante glasachtige composieten waarin loodvrije anti-perovskiethalogenide nanokristallen zijn verwerkt, maken instelbare emissie en ultrastabiele röntgenbeeldvorming mogelijk, Geavanceerde fotonica (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002

Geleverd door SPIE




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Etniciteit versus ras versus nationaliteit:een uitlegger
  2. De chaos van narwalgedrag ophelderen
  3. Het stellen van minimumdoelen voor natuurbehoud sluit herstel en ecosysteembeheer uit, betoogt de onderzoeker
  4. 25 nieuwe genomen om 25 jaar Sanger Institute te vieren
  5. Besmettelijk geeuwen
  6. 10 wonderkinderen
  7. Uitbreidingen van het cytoplasma
  8. Wat zijn energiegerelateerde organellen?
  9. Zelfs koude harde contanten zijn niet genoeg stimulans om naar tegengestelde meningen te luisteren

Wetenschap