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用户速递| Nature Communications: 双异质核壳纳米晶显著提高X射线延时3D成像

        近日,中国计量大学光电学院徐时清教授团队在低剂量柔性X射线成像技术领域取得重要进展,研究成果以“Dual heterogeneous interfaces enhance X-ray excited persistent luminescence for low-dose 3D imaging”为题发表在国际著名期刊Nature Communications (2024, 15: 1140)上,并被Nature Communications编辑选为Research Highlight重点推荐。中国计量大学为该论文第一单位,雷磊研究员为第一作者,徐时清教授为通讯作者。

X射线成像技术具有高穿透特点,已被广泛应用于医学诊断、无损检测和安检等领域。与商用平板探测器相比,柔性X射线探测器能够用于高度弯曲目标物的三维成像,成为当前研究热点。稀土掺杂氟化物纳米材料具有X射线激发多色余辉发光特征,适用于柔性X射线探测与延时三维(3D)成像应用,且能够避免实时X射线辐照产生的荧光信号干扰,但面临高辐射剂量安全问题与成像技术复杂问题的挑战,因此,开发高性能X射线激发稀土余辉发光(XEPL)材料成为当前亟需解决的关键技术瓶颈。

       团队创新性地设计了双异质核壳界面,不仅能够抑制激活离子到表面缺陷的能量传递过程,降低稀土激活离子无辐射弛豫几率,还能够有效降低界面Frenkel缺陷形成能,促进陷阱能级的形成并大幅增强余辉发光。与NaLuF4:Gd/Dy核纳米晶相比,NaYF4@NaLuF4:Gd/Dy@NaYF4异质核壳纳米晶的XEPL增强了约40.9倍。这种双异质核壳结构同样能够增强Pr, Er, Tm, Gd, Tb等激活离子的XEPL性能。

不同结构Dy掺杂纳米粒子的XEPL性质对比

团队还研制出基于Y@Lu/Gd/Tb@Y纳米晶的柔性薄膜X射线探测器件,弯曲幅度接近180度,拉伸幅度大于200%, 在300-800 nm范围内的光透过率大于 90%。采用自主搭建的X射线成像系统,在调制传递函数(MTF)值为0.2时的空间分辨率约为17.1 LP mm-1,优于多数报道的卤化物钙钛矿(通常低于10 LP mm-1),与商用CsI (Tl)闪烁体 (≈10 LP mm-1)。在无热激励且辐射剂量率为4.5 µGy s-1的条件下, 双异质核壳纳米晶的延时X射线成像质量明显优于核纳米晶体系。进一步结合图像重构技术,实现了电子器件的三维成像。

X射线延时3D成像

 

关于此文章的更多细节请点击以下原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-024-45390-0

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1、 满足国标《X射线衍射仪和荧光分析仪卫视防护标准》(GBZ115-2002)的要求的整机设计方案,为实验安全护航。

2、 提供光管控制,辐射表控制功能,无需实验人员监测,即可完成长时间的,复杂的实验方案。

3、 反射和透射式光谱测试可选,预留温控台和定制积分球空间,可实现变温测试和辐射发光强度测试。

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