近日，我院材料物理研究所在新型金属卤化物X射线闪烁体屏研究方面取得积极进展，相关成果以“Thermally Activated Delayed Fluorescence Zirconium-Based Perovskites for Large-Area and Ultra-Flexible X-Ray Scintillator Screens”为题发表于国际权威学术期刊《Advanced Materials》上，并被选为该期的封面（Cover）。该论文第一作者为我院2020级博士研究生张飞，通讯作者为我院史志锋教授和北京工业大学肖家文副研究员，郑州大学为第一单位。

自2019年以来，新型冠状病毒肆虐全球，X射线成像技术作为一种快速、准确的自动化检测方法，可以用来对肺部相关疾病的初期诊断。作为医学诊断中的一项关键技术，X射线探测器可分为直接探测和间接探测两种。其中，基于光电流模式的间接探测X射线闪烁体能够将高能X射线辐射转化为可被光电探测器检测的低能紫外/可见光子，具有检测效率高、成本低、稳定性好等优势。目前市场上主流的间接探测X射线闪烁体是具有高光产额、大转换效率和低光串扰的CsI:Tl刚性闪烁体屏。然而，刚性闪烁体屏对非平面物体的成像质量较差。与其相比，柔性X射线闪烁体屏可以在非平面物体上实现高质量成像，因为它们可以成型为任何所需的形状以适应非平面物体。此外，柔性闪烁体屏兼容复杂结构应用条件下的非均匀X射线，可缓解X射线剂量在大面积物体上的空间分布不均匀导致的渐晕问题，从而确保准确高效的疾病筛选。尽管柔性闪烁体屏具有巨大的应用潜力，但灵敏的柔性X射线闪烁体屏的发展仍然有限。

鉴于此，我院研究人员设计了基于空位有序双钙钛矿Cs₂ZrCl₆的超柔韧性且稳定的X射线大面积闪烁体屏。通过简便的溶液法，研究人员在室温下大规模合成了尺寸均匀的Cs₂ZrCl₆纳米颗粒。热力学稳定的Cs₂ZrCl₆在紫外光下表现出热激活延迟荧光（TADF）发射，在室温下以单重态发射为主，荧光量子产率达70%。在高能X射线辐照下，Cs₂ZrCl₆中的重原子被高度电离后，激发态最终被二次电子填充，遵循自旋守恒法则以1:3的比例产生单重态和三重态。对于极端电离辐射，三重态被大量填充，光致发光以TADF的三重态发射为主，较大的斯托克斯位移以及高效的发光收集有效确保了闪烁体的光输出耦合效率。随后，通过旋涂法将Cs₂ZrCl₆粉末和PDMS混合物制备成柔软且厚度可调的柔性薄膜，其面积可达400 cm²。Cs₂ZrCl₆@PDMS柔性薄膜表现出出色的闪烁性能，光产额高达49400 photons MeV^-1，空间分辨率高达18 lp mm^-1，检测限低至65 nGy s^-1。此外，Cs₂ZrCl₆@PDMS柔性薄膜展现出优异的辐射稳定性、循环稳定性和水稳定性，并且经5000次弯曲和500次拉伸后仍能实现高质量成像。最后，研究人员成功展示了Cs₂ZrCl₆@PDMS柔性闪烁体屏对静态非平面和动态物体的高质量成像。上述研究成果为低成本、高灵敏度、高稳定的大面积柔性闪烁体屏设计与制备提供了新的思路。

该工作得到国家自然科学基金、国家高层次人才特殊支持计划、河南省杰出青年科学基金和郑州大学杰出青年人才创新团队计划的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202204801