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近日，中國計量大學光電學院徐時清教授團隊在低劑量柔性X射線成像技術領域取得重要進展，研究成果以“Dual heterogeneous interfaces enhance X-ray excited persistent luminescence for low-dose 3D imaging”為題發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications (2024, 15: 1140)上，并被Nature Communications編輯選為Research Highlight重點推薦。中國計量大學為該論文第一單位，雷磊研究員為第一作者，徐時清教授為通訊作者。
X射線成像技術具有高穿透特點，已被廣泛應用于醫(yī)學診斷、無損檢測和安檢等領域。與商用平板探測器相比，柔性X射線探測器能夠用于高度彎曲目標物的三維成像，成為當前研究熱點。稀土摻雜氟化物納米材料具有X射線激發(fā)多色余輝發(fā)光特征，適用于柔性X射線探測與延時三維(3D)成像應用，且能夠避免實時X射線輻照產生的熒光信號干擾，但面臨高輻射劑量安全問題與成像技術復雜問題的挑戰(zhàn)，因此，開發(fā)高性能X射線激發(fā)稀土余輝發(fā)光（XEPL）材料成為當前亟需解決的關鍵技術瓶頸。
團隊創(chuàng)新性地設計了雙異質核殼界面，不僅能夠抑制激活離子到表面缺陷的能量傳遞過程，降低稀土激活離子無輻射弛豫幾率，還能夠有效降低界面Frenkel缺陷形成能，促進陷阱能級的形成并大幅增強余輝發(fā)光。與NaLuF4:Gd/Dy核納米晶相比，NaYF4@NaLuF4:Gd/Dy@NaYF4異質核殼納米晶的XEPL增強了約40.9倍。這種雙異質核殼結構同樣能夠增強Pr, Er, Tm, Gd, Tb等激活離子的XEPL性能。
不同結構Dy摻雜納米粒子的XEPL性質對比
團隊還研制出基于Y@Lu/Gd/Tb@Y納米晶的柔性薄膜X射線探測器件，彎曲幅度接近180度，拉伸幅度大于200%, 在300-800 nm范圍內的光透過率大于 90%。采用自主搭建的X射線成像系統(tǒng)，在調制傳遞函數(shù)(MTF)值為0.2時的空間分辨率約為17.1 LP mm-1，優(yōu)于多數(shù)報道的鹵化物鈣鈦礦(通常低于10 LP mm-1)，與商用CsI (Tl)閃爍體 (≈10 LP mm-1)。在無熱激勵且輻射劑量率為4.5 µGy s-1的條件下, 雙異質核殼納米晶的延時X射線成像質量明顯優(yōu)于核納米晶體系。進一步結合圖像重構技術，實現(xiàn)了電子器件的三維成像。
X射線延時3D成像
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https://doi.org/10.1038/s41467-024-45390-0
配置推薦OmniFluo990穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀上配置X射線光源即可實現(xiàn)X射線激發(fā)稀土余輝發(fā)光（XEPL）測試，該系統(tǒng)主要特點如下：
1、 滿足國標《X射線衍射儀和熒光分析儀衛(wèi)視防護標準》（GBZ115-2002）的要求的整機設計方案，為實驗安全護航。
2、 提供光管控制，輻射表控制功能，無需實驗人員監(jiān)測，即可完成長時間的，復雜的實驗方案。
3、 反射和透射式光譜測試可選，預留溫控臺和定制積分球空間，可實現(xiàn)變溫測試和輻射發(fā)光強度測試。
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