近日，我院在钙钛矿量子点闪烁体研究方向取得重要进展。研究成果以“Designer bright and fast CsPbBr₃ perovskite nanocrystal scintillators for high-speed X-ray imaging”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。

卤化铅钙钛矿量子点（Perovskitequantum dots，PQDs）具有高原子序数，发光效率高、纳秒级发光时间等优点，是极具潜力的闪烁体材料。相比于传统单晶闪烁体，PQDs具有高辐射硬度和低温合成的优势，在极端高能射线（高辐射剂量）探测和超快核医学成像领域具有潜力。近年来，PQDs闪烁体的结构设计和制备方法已取得了较多进展，但是PQDs的自吸收问题仍然严重限制了辐射发光亮度，其光产额21,000 photons/MeV远低于商用CsI(Tl)的54,000 photons/MeV。

图1. 异质结闪烁体的设计、原理及性能

针对CsPbBr₃QDs闪烁体光产额低、制备工艺兼容性差的问题，郑州大学杨智、宋继中等人设计了一种多位点ZnS(Ag)-CsPbBr₃异质结，提出了原位固相合成策略制备异质结闪烁体。基于光谱匹配和短D-A距离特性，通过稳态RL光谱进化，瞬态吸收和瞬态PL谱证明了ZnS(Ag)给体到CsPbBr₃受体发生了高效的福斯特共振能量转移（FRET），使得异质结闪烁体获得了光产额40,000 photons/ MeV，明显高于直接物理混合闪烁体的30,000 photons/MeV，证明了FRET导致的辐射增强可以在一定程度上弥补自吸收光损失。同时异质结闪烁体具有36ns的快发光衰减时间和高的空间分辨率30 lp/mm。基于高光产额、快发光和高分辨成像的优势，异质结闪烁体展示了优异的高速动态X-ray成像性能，模拟了医学高速血管造影，在200帧/秒的速度和10 mGy_airs⁻¹剂量率下观察到11 cm/s的碘对比剂液流速度。总之，该工作为设计和制造高性能异质闪烁体提供了新的方案，展示了兼具快和亮的闪烁体在实时X射线成像中的重要作用。

该项工作得到了国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金项目资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53263-9