福州大学林梅金/陈鸿铭&龙岩学院陈松华团队: 首创高透明高稳定高性能有机热激子玻璃态闪烁体

学术   2024-12-19 10:40   英国  

研究背景

有机闪烁体因其优异的光学性能和低成本制备工艺,在辐射探测和 X 射线成像领域备受关注。特别是基于杂化局域与电荷转移 (HLCT) 发光机制的有机“热激子”闪烁体,凭借其高效的激子利用效率和快速的发光衰减寿命,在高分辨率成像应用中展现出巨大潜力,备受研究者青睐。
然而,在 X 射线成像应用中,这类分子通常需要掺杂到高分子基质中制备闪烁体薄膜,这种方法虽然可以实现大面积薄膜制备,但也带来了显著的性能损失。掺杂后,由于材料浓度降低,辐射发光性能大幅衰减,同时,高掺杂浓度下薄膜容易变得不透明,导致光散射加剧,严重影响 X 射线成像质量。
通过经济且易于复制的方法制备大面积、高透过率且辐射发光性能优异的有机热激子闪烁体屏幕是一个巨大的挑战。

研究内容

近日,福州大学林梅金研究员陈鸿铭副教授和龙岩学院陈松华副教授带领研究团队首次开发出高透明度、稳定性好、性能优异的有机热激子玻璃态闪烁体。这种新型闪烁体玻璃通过低温熔融淬冷法制备,克服了传统有机闪烁体因掺杂而导致的光散射和发光效率下降等问题,显著提升了 X 射线成像效果。  

  • 图 1. (a) 有机热激子闪烁体中 X 射线激发发光过程示意图; (b) 有机热激子分子 DTPA2F 和 (c) 荧光分子 TPABTPA 的分子结构和 X 射线激发发光照片

该工作合成了一种玻璃化转变温度低至 83 ℃ 的有机热激子闪烁体分子 2',5'-二氟-N4,N4,N4'',N4''-四苯基-[1,1':4',1''-三联苯]-4,4''-二胺(DTPA2F)。该材料不仅具有高光产额(28341 ± 246 photons MeV⁻¹)和极短的发光衰减时间(1.66 ns),在 450–800 nm 范围内的光学透过率也超过 87%。基于 DTPA2F 分子制备的闪烁体玻璃屏幕在 X 射线成像实验中实现了高达 38.5 lp mm⁻¹ 的空间分辨率,为有机闪烁体在高分辨率 X 射线成像中的应用奠定基础。

  • 图 2. 基于 DTPA2F 闪烁体玻璃的 X 射线成像
该成果以“A hot exciton organic glassy scintillator for high-resolution X-ray imaging”(《用于高分辨率 X 射线成像的有机热激子玻璃态闪烁体》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上

论文信息

  • A hot exciton organic glassy scintillator for high-resolution X-ray imaging
    Xi Yang, Jing ru Chen, Yang Zhang, Yiming Di, Guo zhen Zhang, Songhua Chen*, Hong ming Chen* and Mei-Jin Lin*
    Chem. Sci., 2024, 15, 18933-18942
    https://doi.org
    /10.1039/D4SC05544F

作者简介

杨希 硕士研究生
福州大学

本文第一作者,福州大学材料科学与工程学院 2022 级硕士研究生。主要负责本研究的实验以及文章攥写。







陈松华 副教授
龙岩学院

本文通讯作者,龙岩学院副教授,硕士生导师。主要研究方向新型有机晶体光学材料。负责本研究的实验设计、数据处理等指导工作。







陈鸿铭 副研究员
福州大学

本文通讯作者,福州大学材料科学与工程学院副教授,硕士生导师。主要从事新型闪烁体材料与 X 射线探测器的相关研究。以通讯/第一作者身份发表 SCI 论文 20 余篇,授权发明专利 5 项。陈鸿铭副教授负责本研究的设计、实验指导及文章修改工作。







林梅金 研究员
福州大学
本文通讯作者,福州大学化学学院研究员,博士生导师,主要从事超分子化学和高分子材料的教学和研究工作,主要从事光电化学能转换过程中复杂的超分子体系研究。以通讯/第一作者发表科研论文 110 余篇。林梅金研究员负责设计、指导并组织本研究工作。

期刊介绍

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rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*7.6
5-年影响因子*8.0
JCR 分区*Q1 化学-综合
CiteScore 分14.4
中位一审周期33 


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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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