近日，南京邮电大学材料科学与工程学院、有机电子与信息显示国家重点实验室黄维院士、陈润锋教授与陶冶教授团队联合福州大学陈秋水教授团队，在有机自由基闪烁体材料领域取得新进展，通过将纯有机发光自由基作为闪烁体，有效避开了暗三线态激子引起的激子利用低的问题，实现了高效的X射线辐射发光性能和纳秒级的辐射发光寿命，相关成果以“Efficient Metal Free Organic Radical Scintillators”为题在Nature Communications《自然·通讯》上发表。重点实验室谢高瞻副教授、陶冶教授、黄维院士和福州大学陈秋水教授为共同通讯作者，硕士生罗安晟为论文第一作者。东南大学罗守华教授在医用显微CT成像方面给予了大力支持。
有机X射线闪烁体材料具有结构易修饰、可柔性、成本低、毒性小等优点，在X射线成像、辐射检测和光动力治疗等领域有广泛的应用前景，近年来一直是材料化学界的研究热点。但现存的有机X射线闪烁体材料都为闭壳分子，其在X射线辐射下会产生25%可以辐射发光的单线态激子和75%难以辐射发光的三线态激子，存在激子利用率低和发光寿命长等问题。因此，如何设计制备兼具高激子利用率和短辐射发光寿命的有机X射线闪烁体材料仍然面临巨大的挑战。
针对这一问题，研究团队提出将开壳型有机发光自由基作为闪烁体，设计制备了两种卤代三苯甲基发光自由基（图1）。该类自由基OXSTs材料在X射线激发下只形成跃迁允许的双线态激子，理论上可以实现100%的激子利用效率，并且它们表现出强的X射线吸收、优异的X射线辐射发光稳定性和纳秒级的辐射发光寿命(⁓18 ns)，其X射线辐射发光性能可以与经典闭壳型OXSTs材料相媲美。良好的X射线辐射发光性能使得这类自由基OXSTs材料不仅可用于X射线照相术中对各种物体进行对比成像，还适用于医学高分辨率显微CT成像系统，对竹签的纤维脉络进行清晰成像（图2）。该研究工作不仅证实了纯有机发光自由基作为高效闪烁体的可能性，也为有机闪烁体材料在X射线成像中的商业化应用提供了宝贵的经验。
该工作同时得到了柔性电子基础科学中心、国家优秀青年基金、有机电子与信息显示国重主任基金，松山湖材料实验室开放课题及南京邮电大学“华礼人才”支持计划等项目的支持。
来源｜校园网主页
编辑 | 牟 钰
校对 | 毕莹莹
责编 | 饶清强
