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福州大學(xué)研發(fā)新型柔性X射線成像技術(shù) 有望突破國(guó)外技術(shù)限制
2021年04月06日 08:42:32
來(lái)源：儀表網(wǎng) 點(diǎn)擊量：6629
近日，福州大學(xué)教授楊黃浩等人發(fā)現(xiàn)了一類高性能X射線發(fā)光納米閃爍體長(zhǎng)余輝材料，有望突破國(guó)外技術(shù)限制，推動(dòng)高端X射線影像設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】近年來(lái)，各國(guó)科學(xué)家一直致力于研發(fā)柔性X射線平板探測(cè)器。然而，研發(fā)路上堵著兩只“攔路虎”：一是難以制備大面積高效的柔性薄膜晶體管陣列，二是傳統(tǒng)微米級(jí)閃爍體材料不適合制造柔性器件。換句話說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)曲面以及不規(guī)則物體的三維成像。
近日，福州大學(xué)教授楊黃浩等人發(fā)現(xiàn)了一類高性能X射線發(fā)光納米閃爍體長(zhǎng)余輝材料，有望突破國(guó)外技術(shù)限制，推動(dòng)高端X射線影像設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。
X射線影像技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷、安全檢查、工業(yè)無(wú)損探傷上具有廣泛而重要的應(yīng)用。目前，市面主流的X射線影像設(shè)備為平板探測(cè)器，需要集成薄膜晶體管陣列(TFT)、非晶硅光電轉(zhuǎn)換層和閃爍體。
“閃爍體是平板探測(cè)器的核心部件，其作用是將高能量X射線光子轉(zhuǎn)為可見光。但目前，國(guó)產(chǎn)平板探測(cè)器包括高性能閃爍體材料在內(nèi)的核心部件絕大部分依靠進(jìn)口。”福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員陳秋水說(shuō)。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，科研人員制備出新型的稀土納米閃爍體長(zhǎng)余輝材料，提出了高能量X射線光子誘導(dǎo)缺陷產(chǎn)生長(zhǎng)余輝發(fā)光的機(jī)理。這種閃爍體具有尺寸易調(diào)控、無(wú)色透明、分散性良好、余輝性能優(yōu)異等特點(diǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)將其與柔性基底相結(jié)合，制備出透明、可拉伸、無(wú)需電子電路的柔性X射線成像設(shè)備。相比傳統(tǒng)平板探測(cè)器，其成像空間分辨率具有明顯優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，福大科研人員另辟蹊徑，在稀土鹵化物晶格中尋找靈感，制備出新型的稀土納米閃爍體長(zhǎng)余輝材料。這種閃爍體具有尺寸易調(diào)控、無(wú)色透明、分散性良好、余輝性能優(yōu)異等特點(diǎn)。
研究人員透露，發(fā)現(xiàn)的過(guò)程是個(gè)“意外驚喜”。2018年初，研究團(tuán)隊(duì)的一位博士生(論文第一作者)在暗室中測(cè)試稀土納米顆粒發(fā)光性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，在X射線停止照射后，納米顆粒仍然會(huì)持續(xù)發(fā)光。
經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎求證，研究團(tuán)隊(duì)提出了基于高能量X射線光子誘導(dǎo)缺陷產(chǎn)生長(zhǎng)余輝發(fā)光的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，他們將納米閃爍體長(zhǎng)余輝材料與柔性基質(zhì)相結(jié)合，成功研制出了透明、可拉伸、高分辨的柔性X射線成像設(shè)備，并開發(fā)了X射線發(fā)光擴(kuò)展成像新技術(shù)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這一研究成果實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)突破。首先，長(zhǎng)余輝材料首次作為X射線成像設(shè)備的核心部件；其次，打破了傳統(tǒng)剛性平板探測(cè)器的固有限制，在設(shè)計(jì)原理和制備工藝上打開了另一扇窗戶。
“我們平時(shí)常見的CT機(jī)、安檢儀等設(shè)備大多體積巨大且對(duì)工作環(huán)境要求較為嚴(yán)苛，這是因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換過(guò)程非常復(fù)雜，需要大量的集成電路協(xié)同工作。”楊黃浩教授介紹說(shuō)。而新型稀土納米長(zhǎng)余輝材料作為X射線能量存儲(chǔ)的介質(zhì)時(shí)，其光學(xué)記憶功能可以保存X射線能量，替代復(fù)雜的集成電路裝置。
研究人員發(fā)現(xiàn)，其尺寸、形貌、發(fā)光性質(zhì)都更可控，適合用于制造柔性設(shè)備。這為制備新一代輕薄、便攜、低成本的X射線探測(cè)器和成像裝置提供了新思路和途徑。打個(gè)比方，拿一部手機(jī)拍攝，就能實(shí)現(xiàn)X射線柔性成像，不需要龐大規(guī)模的集成電路。
該課題由福州大學(xué)與新加坡國(guó)立大學(xué)、香港理工大學(xué)合作完成，研究成果于《自然》期刊在線發(fā)表。《自然》的同期述評(píng)指出，長(zhǎng)余輝發(fā)光納米晶體制造的柔性X射線探測(cè)器能夠產(chǎn)生對(duì)高度彎曲的三維目標(biāo)物進(jìn)行高分辨成像，性能優(yōu)于商業(yè)化平板探測(cè)器。目前，研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行跨學(xué)科合作，推進(jìn)高端X射線影像設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。
X射線是由于原子中的電子在能量相差懸殊的兩個(gè)能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的粒子流，是波長(zhǎng)介于紫外線和γ射線之間的電磁輻射。
資料來(lái)源： 光明網(wǎng)，東南網(wǎng)
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