闪烁体是辐射探测与成像领域的核心材料，可将核辐射（X射线、中子等）转换为可见光。然而，长期以来其发展和应用面临两大技术瓶颈：一方面，难以同时实现高光产额和快衰减时间特性，限制了其在快速高灵敏成像领域的应用；另一方面，难以同时实现对X射线和快中子高灵敏，限制了辐射无损检测技术的发展。
近日，西安交通大学核科学与技术学院刘林月课题组联合中国科学院福建物构所、南京工业大学、北京师范大学、湖北文理学院、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学等国内外优势团队，在高性能闪烁体材料研究方面取得重要技术突破，研究成果发表在国际知名期刊《先进材料》（Advanced Materials）和《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。
提出一种自发极化策略，通过有效抑制自由载流子复合，在二维极性钙钛矿闪烁体（(C₈H₁₄NO₂)₂PbBr₄ ，简称APB)）中同时获得了高光产额（19660 photons/ MeV）和快衰减时间（0.90 ns），在X射线和快中子成像中分别获得了2.4 lp/mm和31 lp/mm的高空间分辨。这种新的“又快又亮”闪烁体设计策略及高性能闪烁体材料，可为惯性约束聚变诊断、辐射无损检测等提供新的选择。论文题目“Bright 2D polar perovskite scintillator with ultrafast decay by suppressing free carrier recombination”，发表在Advanced Materials上。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202517639
图1 二维极性钙钛矿闪烁体APB：(a) 打破反演对称性和自发极化可抑制自由载流子复合、提升光产额，右侧的晶格结构为极性钙钛矿APB；(b)常见超快闪烁体的衰减时间与光产额特性；(c)和(d)分别为APB在中国散裂中子源的快中子成像实验系统及成像结果， 空间分辨达2.4 lp/mm
研究团队设计研发了杂化卤化亚铜闪烁体（C₂₄H₄₀N₈P₆O₁₂Cu₄I₆，简称PPDCuI），在单一组分下同时具备中子和X射线双模成像能力，获得了达97.65%的高荧光量子产率和42000 photons/MeV的高光产额，在快中子和X射线成像中分别获得了1.47 lp/mm和25.8 lp/mm的空间分辨率。该研究首次验证展示了杂化卤化亚铜闪烁体的快中子成像能力，为高性能、绿色、低成本双模辐射探测材料研发开辟新的路径。该成果近期以“Thermally activated delayed fluorescence hybrid copper(I) iodide scintillator for fast neutron and x‑ray imaging”为题发表在Journal of the American Chemical Society期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c03617
图2 杂化卤化亚铜闪烁体用于X射线与快中子双模成像：(a)闪烁体与 X射线、快中子作用机理；(b)和(c)分别为PPDCuI晶体的快中子成像结果和MTF曲线；(d)和(e) 为PPDCuI@PMMA柔性薄膜闪烁体的X射线成像结果
上述研究西安交通大学核科学与技术学院为论文的通讯单位，刘林月教授为共同通讯作者，相关研究获得国家自然科学基金资助。