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【材料】温度自适应的X射线有机闪烁体

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-12-24 08:09

正文

X射线闪烁体是一类可以将高能X射线转换为低能可见光的发光材料，特殊的光电转换性能使其在辐射探测、X射线成像、放射治疗以及工业无损检测等领域具有广阔的应用前景。通常，闪烁体可分为无机闪烁体和有机闪烁体两大类。与无机闪烁体相比，有机闪烁体在材料制备、性能调控以及大面积制备等方面具有显著优势备受关注。传统有机闪烁体多数为荧光材料，由于自旋禁阻，经辐射复合产生的三线态激子通常以无辐射跃迁而耗散，导致材料低激子利用率，影响材料闪烁发光性能。与荧光材料相比，有机磷光和热激活延迟荧光（TADF）材料在X射线辐照下，可以充分利用三线态激子产生辐射发光，提高闪烁体的激子利用率，进而提高有机闪烁体的辐射发光性能。基于此，研究人员利用室温磷光材料和TADF材料，研发了一系列高激子利用率的有机闪烁体。但是，由于三线态激子容易受到外部环境温度的影响，从而影响材料辐射发光性能，限制了有机闪烁体在不同温度环境中的使用。

针对上述问题， 西北工业大学黄维 院士、谷龙教授和 南京工业大学安众福 教授、 马会利 教授，开发了一类 具有温度自适应的高性能有机磷光-热激活延迟荧光双发射闪烁体。 研究团队成功将磷光给体单元噻蒽与含有卤素重原子的嘧啶受体单元相结合，构筑扭曲的D-A分子结构，有效降低单线态与三线态能隙（Δ E _ST ），促进单线态与激发三线态之间的系间窜跃和反向系间窜跃,赋予闪烁体磷光-热激活延迟荧光双发射的特性。实验表明，随着温度的升高，闪烁体的反系间穿跃过程占主导，材料主要展现出热激活延迟荧光辐射发光特性，并且在接近400 K，闪烁体仍然展现优异的辐射发光性能。随着温度的降低，闪烁体的反系间穿跃过程逐渐被抑制，而磷光辐射速率增强，使闪烁体在低温主要呈现出磷光辐射发光特征。利用有机磷光-TADF双发射的特性，闪烁体呈现出三重态激子自适应的特征，在77K~400K温度范围内均展现出优异的X射线辐射发光性能。值得注意的是，该温度自适应闪烁体具有78229 Me V ^-1 的高光产额和51 nGy s ^-1 的低检测限，其性能优于已报道的多数有机闪烁体。