研究背景
X射线检测器已被广泛研究，并在工业和医疗应用，包括射线照相术，计算机断层扫描，科学研究，X射线是由威廉·伦琴在19世纪90年代发现的。X射线探测器一般可分为直接型和间接型，后者比前者更便宜、更稳定。闪烁体可以将辐射（如高能X射线）转换为低能可见光，在间接X射线成像、计算机断层扫描等领域发挥着决定性作用。一系列无机闪烁体如NaI:Tl、CsI:Tl和锗酸铋(Bi4Ge3O12)已成功应用于X射线成像，但它们通常使用直拉法在超高温≈1700°C下生长。此外，由于这些材料在环境条件下的吸湿性和快速降解性，需要精细的包装过程。因此，必须寻找具有低生长温度、低成本、高灵敏度以及高化学和环境稳定性的新型闪烁体。低剂量、高分辨率X射线成像对于医学诊断和材料/设备分析至关重要。同时有机半导体作为有机电子产品的基石受到了极大的关注，但没有特别强调辐射检测，因为它们由具有低吸收系数的轻元素组成，并且一直被认为不适合该目标。
创新点
天津大学Wenping Hu和加州大学洛杉矶分校Xiangfeng Duan课题组证明了有机半导体可用于低成本、高灵敏度和低剂量的X射线成像。以9、10-二苯蒽(9、10-DPA)单晶作为代表性模型，通过低温溶液过程生长，表现出强烈的X射线放射性发光，光子转换效率(是相同厚度CsI:TI的5.3倍)，超快响应(衰减时间为1.63ns，而CsI:Tl的衰减时间为≈1000ns)，没有明显的干扰，且停滞时间短，使其非常适合高灵敏度(剂量率比当今商业X射线诊断低380倍)，高分辨率(分辨率>20.00 lp mm−1)瞬时X射线成像。此外，低吸收和高光子转换效率可减少辐射损伤，确保优异的循环性能。
文章解析
表1.不同材料的闪烁特性
图1：9,10-DPA单晶及其辐射发光特性。a,b)9,10-DPA单晶在环境光和X射线照射下的照片。c)环境光下厘米级9,10-DPA单晶的照片。d)9,10-DPA分子和e)晶体堆积结构。f)在50 kV电压和不同电流下X射线激发下9,10-DPA单晶的归一化辐射发光强度。g)X射线照射下9,10-DPA单晶的理论建模机制示意图。
图2：9,10-DPA单晶对X射线检测的灵敏度。a)9,10-DPA单晶和常规无机商业闪烁体在50 kV和80µA X射线照射下的辐射发光光谱和性能比较，以及X射线照射下闪烁体的照片。b)9,10-DPA晶体的吸收和辐射发光光谱。c)9,10-DPA单晶的衰减时间为1.63ns。d)作为剂量率函数的9,10-DPA单晶的辐射发光测量值；插图显示了在低剂量率下测量的辐射发光曲线。e)在X射线照射下174天，233次循环后的稳定性。f)9,10-DPA晶体在X射线照射233次循环之前和之后的XRD图。
图3：有机半导体单晶在X射线成像中的实际应用。a)由9,10-DPA晶体拍摄的线性遮板的X射线图像。b)像素的光强函数（沿上面的红线，以FWHM为分辨率）图案化毫米级掩模。c,d)由基于9,10-DPA单晶的X射线探测器为大学校徽拍摄的X射线图像。e)由X射线同步辐射源激发的系统示意图。f)电路板X射线成像；红色数字表示对应位置照片和X线成像。g)小虾干的X射线成像。h)小虾干的SEM图像。i)钙映射和j)虾尾的氧映射。
读后感
本研究提出了用于X射线检测和成像的9,10-DPA低温溶液生长有机半导体单晶。它们表现出具有超高光子转换效率的超快辐射发光，使其非常有希望用于具有超低可检测剂量率(14.3 nGy s-1)的X射线检测，并且对于高分辨率（分辨率>20.00 lp mm-1）没有明显的余辉干扰，瞬时X射线成像。这些发现证明了未来有前景的低成本X射线成像技术的潜力，包括医疗诊断、X射线安全和计算机断层扫描。但其产生的辐射相比其他闪烁体是否会对人体产生更大的危害，需要进一步验证。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104749
来源: WEST可穿戴电子 https://mp.weixin.qq.com/s/qTGj7HSJTSTUyy55ZtQcHQ
