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IF=33.7！柔性X射线探测器，Nature大子刊！

微算云平台 · 公众号 · · 2025-01-31 06:51

正文

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研究背景

柔性X射线探测器是近年来在医学成像、无损检测等领域的研究热点。传统的X射线探测器多基于刚性玻璃基板，通常用于二维平面图像采集，但在成像非平面几何结构时容易出现图像失真和不均匀性。与此相比，柔性X射线探测器能够适应目标表面的曲率，从而减少图像失真，提供更为精准的成像。特别是在低剂量X射线照射下，柔性X射线探测器能够减少对患者的辐射危害，同时保证图像质量。然而，要制造具有高灵敏度和机械柔性的柔性X射线探测器，仍面临一些挑战，尤其是如何在保持高载流子迁移率和光电响应性的同时，保证材料的机械柔性。

成果简介

在此，延世大学Beom Jin Kim，Jong-Hyun Ahn以及香港理工大学柴扬携手在Nature Electronics期刊上发表了题为“A flexible active-matrix X-ray detector with a backplane based on two-dimensional materials”的最新论文。

该团队设计了一种基于二维二硫化钼（MoS ₂ ）薄膜晶体管（TFT）和石墨烯/MoS ₂ 光电探测器的柔性X射线探测器。通过合理选择材料和优化器件结构，成功实现了3,600个像素的大面积背板（3 cm × 3 cm），并且该探测器展现出17.31 cm² V⁻¹ s⁻¹的高电子迁移率和9.37 A W⁻¹的光电响应性，特别是在闪烁体发射波长544 nm附近。该团队还采用生成对抗网络（GAN）技术对探测器图像进行后处理，显著抑制了设备的固有噪声，并在低剂量X射线曝光下成功获取了高质量图像。

这一研究通过将MoS ₂ 薄膜晶体管与石墨烯/MoS ₂ 光电探测器结合，显著提高了探测器的灵敏度和图像质量，为柔性X射线探测器的实际应用，尤其是在低剂量、高质量成像方面，提供了新的技术路径。

研究亮点

1. 实验首次设计并制造了一种柔性有源矩阵X射线探测器，采用了基于二维二硫化钼（MoS ₂ ）晶体管和石墨烯/MoS ₂ 光电探测器的背板结构，成功覆盖了3 cm × 3 cm的面积，具有3600个像素，展现了优异的性能。

2. 实验通过在低剂量（57 μGy）X射线照射下测试，得到了该探测器在544 nm闪烁体发射光附近具有9.37 A W⁻¹的光电响应性和17.31 cm² V⁻¹ s⁻¹的电子迁移率，表现出高灵敏度和优良的成像效果。

3. 实验通过采用基于生成对抗网络（GAN）的后处理技术，有效抑制了设备固有的噪声，提升了图像信噪比，保证了在较低X射线曝光下仍能获取高质量的图像。

4. 实验结果表明，柔性X射线探测器能够完美适应非平面目标的曲率，克服传统刚性X射线探测器存在的图像失真和不均匀性问题，具有广泛的应用前景，尤其在医疗诊断和工业检测中能够提供更为清晰、均匀的成像结果。

图文解读

图1:基于二维材料的柔性X射线探测器。

图2: 二硫化钼MoS ₂ 薄膜晶体管thin-film transistors，TFT和石墨烯/MoS ₂ 光电探测器性能。

图3: 基于二维材料背板的X射线检测。

图4: 通过拟合几何结构增强X射线图像。

图5: X射线图像增强的机器学习后处理。

结论展望

IF=33.7！柔性X射线探测器，Nature大子刊！

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