近日，中国计量大学光电学院徐时清教授团队在低剂量柔性X射线成像技术领域取得重要进展，研究成果以“Dual heterogeneous interfaces enhance X-ray excited persistent luminescence for low-dose 3D imaging”为题发表在国际著名期刊Nature Communications (2024, 15: 1140)上，并被Nature Communications编辑选为Research Highlight重点推荐。中国计量大学为该论文第一单位，雷磊研究员为第一作者，徐时清教授为通讯作者。
X射线成像技术具有高穿透特点，已被广泛应用于医学诊断、无损检测和安检等领域。与商用平板探测器相比，柔性X射线探测器能够用于高度弯曲目标物的三维成像，成为当前研究热点。稀土掺杂氟化物纳米材料具有X射线激发多色余辉发光特征，适用于柔性X射线探测与延时三维(3D)成像应用，且能够避免实时X射线辐照产生的荧光信号干扰，但面临高辐射剂量安全问题与成像技术复杂问题的挑战，因此，开成为当前亟需解决的关键技术瓶颈。
团队创新性地设计了双异质核壳界面，不仅能够抑制激活离子到表面缺陷的能量传递过程，降低稀土激活离子无辐射弛豫几率，还能够有效降低界面Frenkel缺陷形成能，促进陷阱能级的形成并大幅增强余辉发光。与NaLuF4:Gd/Dy核纳米晶相比，NaYF4@NaLuF4:Gd/Dy@NaYF4异质核壳纳米晶的XEPL增强了约40.9倍。这种双异质核壳结构同样能够增强Pr, Er, Tm, Gd, Tb等激活离子的XEPL性能。
团队还研制出基于Y@Lu/Gd/Tb@Y纳米晶的柔性薄膜X射线探测器件，弯曲幅度接近180度，拉伸幅度大于200%, 在300-800 nm范围内的光透过率大于 90%。采用自主搭建的X射线成像系统，在调制传递函数(MTF)值为0.2时的空间分辨率约为17.1 LP mm-1，优于多数报道的卤化物钙钛矿(通常低于10 LP mm-1)，与商用CsI (Tl)闪烁体 (≈10 LP mm-1)。在无热激励且辐射剂量率为4.5 μGy s-1的条件下, 双异质核壳纳米晶的延时X射线成像质量明显优于核纳米晶体系。进一步结合图像重构技术，实现了电子器件的三维成像(图1)。
图1 基于稀土氟化物纳米晶的延时三维X射线成像应用
