郑州大学物理学院、中原之光实验室在色集成白光闪烁体的研究中取得新进展

　　近日，郑州大学物理学院、中原之光实验室宋继中教授团队在色集成白光闪烁体研究方向取得新进展，实现了均衡三基色信号输出的白光闪烁体，展示了在密度分辨X射线成像中的应用。
 

　　低维金属卤化物具有高原子序数、高发光效率、宽光谱发射等特性，作为闪烁体在核医学成像、工业无损检测和高能射线探测等领域极具应用前景。近年来，Cu基、Mn基、Zr基等卤化物闪烁体受到了广泛的关注。一方面，通过掺杂不同光活性离子可以实现白光发射，但光谱范围仍难以覆盖整个可见光谱。另一方面，常规的X射线成像只利用闪烁体的发光强度信息，宽光谱闪烁体的发光颜色很少被有效利用。因此，如何进一步拓展闪烁体的发光光谱范围，并充分利用多色发光信息，对于发展“彩色”X射线成像技术至关重要。
 

　　对此，郑州大学杨智、宋继中等发展了一种Na合金化策略用于合成3D/0D Cs₂NaLuCl₆/Cs₃LuCl₆异质结，同时实现了发光增强和光谱线宽裁剪。1)结构调控：通过分解焓理论计算，结合发光颜色、微结构形貌的演变实验，证实了Na合金化促使了0D相到3D相的结构转变，分析发现3D/0D非外延异质结的形成得益于金属卤化物的软晶格特性。2)性能和机理：3D/0D异质结具有Type-I型能带结构，有利于3D到0D的高效电荷转移(CT)，使得0D受体的发光强度提升50%；同时，Sb³⁺和Mn2⁺共掺杂使得发射光谱大幅展宽，实现了光谱平坦化的白光发射；通过能带结构计算、瞬态吸收光谱、时间分辨荧光光谱、微区荧光成像、及单颗粒电导率测试等系统表征，证明了3D/0D异质结的CT机理。3)应用验证：开发色集成X射线成像技术，包括宽光谱白光闪烁体和动态范围增强算法，实现了大密度差异待测物体的同时成像。
 

　　该研究阐明了金属卤化物异质结中的电荷转移机理，为设计高性能白光闪烁体及推进X射线成像应用提供了新方案。研究成果以“Na-alloy tailored 3D/0D metal halide heterostructures enabling efficient charge transfer for color-integrated white scintillators”为题在线发表于《Nature Communications》上。论文的第一作者为杨智副研究员，通讯作者为宋继中教授，郑州大学物理学院为独立通讯单位。该项工作得到国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金项目资助。
 

3D/0D金属卤化物异质结白光闪烁体的设计、机理及应用