黄维院士、安众福教授团队《Nat. Photonics》：高效纯有机闪烁体

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据悉，西北工业大学柔性电子前沿科学中心黄维院士和南京工业大学先进材料研究院安众福教授带领的创新团队在有机闪烁体领域取得重大突破。他们打破重金属原子构建高效闪烁体的传统认知，成功地实现了无重金属纯有机材料在X射线激发下的高效辐射发光，同时展现了该类材料在X射线探测、成像等领域的巨大应用潜力。2021年元月11日（英国伦敦时间），相关成果（“Organic phosphors with bright triplet excitons for efficient X-ray excited luminescence”）在线发表于国际顶尖学术刊物——Nature Photonics（《自然•光子学》）上。

众所周知，闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料。X射线激发的闪烁体材料在辐射探测、安全检测、生物医学、国防军工和X射线天文学等领域有广泛的应用。然而，高效闪烁体材料多为以陶瓷闪烁体为代表的无机材料，其制备受限于高温合成，且难以在柔性基底上实现大面积制备。由于不含金属的纯有机材料具有原材料储量丰富、机械柔性高、加工性能优、可大面积制备等突出优势。因而，有机闪烁体可作为闪烁体家族的全新材料，尤其是在柔性电子领域具有极大的潜在应用价值。但传统的纯有机材料主要由碳、氢、氮等质轻元素组成，对X射线的吸收较弱；另外，其弱的自旋轨道耦合作用导致有机发光材料在X射线激发下，三线态激子通常因跃迁禁阻而不发光，即只能产生源自于单线态的荧光发射。因此，生成比例达75%的三线态激子未被充分利用，限制了纯有机闪烁体材料的发展。因此，如何设计并实现高效的纯有机闪烁体是该领域面临的重大研究挑战之一。

针对这一世界性科学难题，南京工业大学黄维院士、安众福教授所带领的团队与新加坡国立大学刘小钢教授课题组合作，利用亮态三线态激子，提出了一种实现高效纯有机闪烁体的普适性设计策略。他们通过理性的分子设计，引入卤素重原子，不仅提升了X射线吸收能力，而且有效地促进了三线态激子发光，进而提高了激子利用率并增强了纯有机闪烁体的辐射发光性能。该闪烁体材料对X射线的检测限为33 nGy/s，是医学X射线成像使用剂量的1/167。此外，该闪烁体还具有与商业化闪烁体材料相媲美的稳定性，展现了其在实际应用中的巨大潜力。鉴于其高效、稳定的辐射发光特性，他们成功将该类材料应用于X射线成像领域。该创新性研究成果不仅为探索新型闪烁体材料提供了一个基本的设计原则和全新途径，有望为传统的无机闪烁体提供可靠的代替方案，而且为发展用于无损射线检测、医学成像等领域的柔性X射线探测器提供了全新策略。

这一突破性进展的相关实验的主要完成者是论文的共同第一作者王晓博士与史慧芳教授。南京工业大学IAM团队的马会利副教授、谢小吉教授和王建浦教授、福州大学陈秋水教授和杨黄浩教授、浙江大学杨旸教授、深圳大学王瑀教授、中国科学技术大学张国庆教授等从不同角度参与了此项研究。这一工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和国家博士后创新人才支持计划等项目的支持。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41566-020-00744-0

来源：南京工业大学先进材料研究院 

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