近年来，各国科学家一直致力于研发柔性X射线平板探测器。然而，研发路上堵着两只“拦路虎”：一是难以制备大面积高效的柔性薄膜晶体管阵列，二是传统微米级闪烁体材料不适合制造柔性器件。换句话说，现有技术很难实现曲面以及不规则物体的三维成像。
近日，福州大学教授杨黄浩等人发现了一类高性能X射线发光纳米闪烁体长余辉材料，有望突破国外技术限制，推动高端X射线影像设备的国产化。
X射线影像技术在医学诊断、安全检查、工业无损探伤上具有广泛而重要的应用。目前，市面主流的X射线影像设备为平板探测器，需要集成薄膜晶体管阵列(TFT)、非晶硅光电转换层和闪烁体。
“闪烁体是平板探测器的核心部件，其作用是将高能量X射线光子转为可见光。但目前，国产平板探测器包括高性能闪烁体材料在内的核心部件绝大部分依靠进口。”福州大学化学学院研究员陈秋水说。
经过长期研究，科研人员制备出新型的稀土纳米闪烁体长余辉材料，提出了高能量X射线光子诱导缺陷产生长余辉发光的机理。这种闪烁体具有尺寸易调控、无色透明、分散性良好、余辉性能优异等特点。
研究团队将其与柔性基底相结合，制备出透明、可拉伸、无需电子电路的柔性X射线成像设备。相比传统平板探测器，其成像空间分辨率具有明显优势。经过长期研究，福大科研人员另辟蹊径，在稀土卤化物晶格中寻找灵感，制备出新型的稀土纳米闪烁体长余辉材料。这种闪烁体具有尺寸易调控、无色透明、分散性良好、余辉性能优异等特点。
研究人员透露，发现的过程是个“意外惊喜”。2018年初，研究团队的一位博士生(论文第一作者)在暗室中测试稀土纳米颗粒发光性能时发现，在X射线停止照射后，纳米颗粒仍然会持续发光。
经过谨慎求证，研究团队提出了基于高能量X射线光子诱导缺陷产生长余辉发光的机理。在此基础上，他们将纳米闪烁体长余辉材料与柔性基质相结合，成功研制出了透明、可拉伸、高分辨的柔性X射线成像设备，并开发了X射线发光扩展成像新技术。
简单来说，这一研究成果实现了两个突破。首先，长余辉材料首次作为X射线成像设备的核心部件；其次，打破了传统刚性平板探测器的固有限制，在设计原理和制备工艺上打开了另一扇窗户。
“我们平时常见的CT机、安检仪等设备大多体积巨大且对工作环境要求较为严苛，这是因为光电转换过程非常复杂，需要大量的集成电路协同工作。”杨黄浩教授介绍说。而新型稀土纳米长余辉材料作为X射线能量存储的介质时，其光学记忆功能可以保存X射线能量，替代复杂的集成电路装置。
研究人员发现，其尺寸、形貌、发光性质都更可控，适合用于制造柔性设备。这为制备新一代轻薄、便携、低成本的X射线探测器和成像装置提供了新思路和途径。打个比方，拿一部手机拍摄，就能实现X射线柔性成像，不需要庞大规模的集成电路。
该课题由福州大学与新加坡国立大学、香港理工大学合作完成，研究成果于《自然》期刊在线发表。《自然》的同期述评指出，长余辉发光纳米晶体制造的柔性X射线探测器能够产生对高度弯曲的三维目标物进行高分辨成像，性能优于商业化平板探测器。目前，研究团队正在进行跨学科合作，推进高端X射线影像设备的国产化。
X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁辐射。
资料来源： 光明网，东南网