西工大黄维院士团队《Nat. Commun.》：在聚合物磷光闪烁体方面新进展
近日，西北工业大学柔性电子前沿科学中心黄维院士、谷龙教授和南京工业大学安众福教授所带领的团队在有机闪烁体领域取得了突破性研究进展，成功实现了高效、稳定、柔性和可大面积制备的聚合物磷光辐射发光，展示了该类材料在X射线成像领域的应用前景。相关成果(“Organic phosphorescent scintillation from copolymers by X-ray irradiation”)于7月9日在线发表于国际顶级学术期刊——Nature Communications（《自然·通讯》）上。
闪烁体，是一类吸收高能粒子或射线后将其转化成低能可见光的发光材料。具有X射线响应的闪烁体材料在辐射检测、X射线成像、放射治疗和无损检测等方面具有重要的应用价值。通常，闪烁体可分为无机闪烁体和有机闪烁体两大类。其中，无机闪烁体需引入高原子序数的金属元素，其制备条件苛刻，生产成本高，且难以实现大面积制备。相比之下，有机闪烁体具有原料成本低廉、易加工修饰、可大面积制造等优点，在闪烁体材料中备受青睐。然而，目前已报道的有机闪烁体多为荧光材料，大多数三线态激子通过非辐射衰变耗散，导致材料激子利用率低。尽管有少数报道已经实现了高性能的磷光闪烁体，但是主要为晶体块状材料，在器件集成和可加工性方面的内在缺陷限制了其进一步发展。因此，如何实现高效、柔性和可大面积制备的闪烁体是该领域面临的重大研究挑战之一。
针对这一科学难题，西北工业大学柔性电子前沿科学中心黄维院士、谷龙教授和南京工业大学安众福教授课题组合作，在聚合物中以共价键连接的方式引入含有卤素重原子的发色团，协同卤素重原子较强的X射线吸收能力和聚合物刚性的环境，实现了高效的无定型聚合物磷光闪烁体。研究显示，引入溴原子不但改善了材料X射线的吸收能力，而且促进了材料三线态激子的产生。同时，聚合物的刚性环境有效地稳定了三线态激子，提升了有机磷光闪烁体的辐射发光性能。该类闪烁体材料的最高磷光效率可达51.4%，通过改变发色团的结构实现了从蓝绿色到橘红色的多彩调控。鉴于材料高效、稳定、柔性和可大面积制备的特性，该聚合物闪烁体被成功应用于X射线成像领域。该创新性研究成果不仅为开拓新型闪烁体材料提供了指导性设计原则，而且为发展大面积和柔性X射线探测器提供了全新策略。
这一工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、陕西省科技厅与西北工业大学联合研究基金、广东省基础与应用基础研究基金和西北工业大学博士学位论文创新基金等项目的支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31554-3
来源：西工大柔性电子研究院
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