تصویربرداری اشعه ایکس با وضوح بالا و فوق پایدار با استفاده از نانوبلورهای ضد پروسکایت بدون سرب
توسط نویسندگان ستاد
گوانگژو، چین (SPX) 12 ژوئیه 2023
در حوزه‌های بازرسی مواد، تشخیص‌های پزشکی، اکتشافات نجومی و تحقیقات علمی، تقاضا برای روش‌های تصویربرداری پرتو ایکس با وضوح بالا و فوق‌پایدار، به دنبال مشتاقانه‌ای برای مواد نوآورانه پاسخ‌دهنده به اشعه ایکس است. این مواد مورد جستجو باید دارای ویژگی های استثنایی مانند تضعیف اشعه ایکس بالا، سوسوزن کارآمد، فروپاشی سریع نور و دوام قوی باشند.
در میان آنها، پروسکایت‌های مبتنی بر هالید سرب به دلیل کارایی قابل توجه درخشندگی، قابلیت‌های تضعیف اشعه ایکس و طول عمر فلورسانس کوتاه، به عنوان یک رقیب قانع‌کننده ظاهر شده‌اند. با این حال، کاربرد آنها در میدان سوسوزن به دلیل سمیت سرب فلز سنگین (Pb)، بازده کم فوتون ناشی از اثرات خودجذب، و پایداری ضعیف در تابش اشعه ایکس مانع می‌شود.
شکستن موانع: نانوکریستال های ضد پروسکایت بدون سرب
برای غلبه بر این چالش ها، محققان به دنبال راه حل هایی در هالیدهای فلزی صفر بعدی (0D) بدون سرب، مانند هالیدهای مبتنی بر مس، نقره، زیرکونیوم و منگنز بوده اند. این جایگزین‌های جذاب به عنوان سوسوزن‌های موثر برای تشخیص و تصویربرداری اشعه ایکس، با بازده فوتون بالا، ترکیب‌بندی و ساختار متنوع، و مکانیسم لومینسانس منحصربه‌فرد به نام اکسیتون‌های خود به دام افتاده (STEs) نویدبخش هستند.
با این حال، یک مانع بزرگ در ساخت این هالیدهای فلزی به‌عنوان لایه‌های نازک یا ویفرها نهفته است که به دلیل پراکندگی نور ناشی از ذرات بزرگ و مرزهای کریستالی، وضوح تصویربرداری کمتری را به همراه دارد. علاوه بر این، هالیدهای فلزی 0D بدون سرب با چالش‌های مربوط به پایداری ضعیف، به‌ویژه در محیط‌های گرم و مرطوب مواجه هستند.
در یک پیشرفت شگفت‌انگیز که در مجله Advanced Photonics گزارش شده است، محققان دانشگاه فناوری چین جنوبی یک رویکرد پیشگام را توسعه داده‌اند که تصویربرداری اشعه ایکس را متحول می‌کند. آنها تصویربرداری اشعه ایکس با وضوح بالا و فوق پایدار را حتی در شرایط سخت دما و رطوبت بالا انجام داده اند. کلید موفقیت آنها در نانوکریستال های ضد پروسکایت Cs3MnBr5 بدون سرب نهفته است که در یک ماتریس شیشه ای تعبیه شده اند.
برخلاف مواد پروسکایتی سنتی، آنتی پروسکایت ها دارای ساختاری متمایز هستند که به صورت [MX4]XA3 [A = فلز قلیایی نشان داده می شود. M = فلز انتقالی؛ و X = کلر (Cl)، برم (Br) و ید (I)]. این پیکربندی منحصربه‌فرد دارای یک مرکز لومینسانس، چهار وجهی [MX4] 2، است که درون یک اسکلت سه‌بعدی (3D) XA6 هشت‌وجهی ضد پروسکایت قرار گرفته است. این ساختار به طور قابل توجهی برهمکنش مرکز لومینسانس را کاهش می دهد، اثرات محصور فضایی را تقویت می کند و در نهایت بازده کوانتومی بالا و پایداری لومینسانس را ایجاد می کند.
از طریق فرآیند تبلور در محل در طول بازپخت، یون‌های Mn2+ به طور یکپارچه در ماتریس شیشه‌ای ادغام می‌شوند و رنگ‌های لومینسانس قابل تنظیم از قرمز تا سبز را به وجود می‌آورند، همانطور که توسط برنامه بازپخت دیکته می‌شود. علاوه بر این، شیشه‌های تعبیه‌شده با نانو کریستال Cs3MnBr5 پایداری بی‌نظیر در برابر تابش اشعه ایکس، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر آب را نشان می‌دهند. قابل توجه است که این دوربین دارای محدودیت تشخیص استثنایی اشعه ایکس 767 نانوگری در ثانیه، وضوح تصویربرداری اشعه ایکس چشمگیر 19.1 جفت خط در میلی متر و پایداری فوق العاده دوز تابش اشعه ایکس 5.775 میلی گرم در ثانیه است.
این کار پیشگامانه طرح جدیدی را ارائه می‌کند که از پتانسیل کامپوزیت‌های شیشه‌ای شفاف با ترکیب نانوکریستال‌های هالید ضد پروسکایت بدون سرب برای کاربردهای تصویربرداری اشعه ایکس با وضوح بالا و فوق‌پایدار استفاده می‌کند. نتایج این تحقیق می تواند به عنوان یک کاتالیزور عمل کند و اکتشاف و توسعه بیشتر مواد ضد پروسکایت متال هالید جدید را تحریک کند. در نهایت، این کشف راه را برای توسعه آینده دستگاه های تصویربرداری اشعه ایکس در آینده هموار می کند که نویدبخش پیشرفت های متحول کننده در زمینه تشخیص و تصویربرداری اشعه ایکس است.
لینک های مرتبط
دانشگاه صنعتی چین جنوبی
معماری، فناوری و ساخت تراشه های کامپیوتری
اخبار فناوری نانو از SpaceMart.com
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.spacedaily.com/reports/High_resolution_ultrastable_X_ray_imaging_usng_lead_free_anti_perovskite_nanocrystals_999.html
