02년 2023월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) X선 기술은 비침습적 의료 영상과 재료에 대한 통찰력을 제공하여 의학 및 과학 연구에서 중요한 역할을 합니다. 최근 X선 기술의 발전으로 작동 배터리 내부와 같은 실제 조건에서 점점 더 복잡해지는 시스템의 더 밝고 더 강한 빔과 이미징이 가능해졌습니다. 이러한 발전을 지원하기 위해 과학자들은 감도와 비용 효율성을 유지하면서 밝은 고에너지 X선, 특히 대형 X선 싱크로트론에서 나오는 X선을 견딜 수 있는 X선 검출기 재료를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 미국 에너지부(DOE) 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 과학자 팀과 동료들은 고에너지 X선 산란 패턴을 탐지하는 새로운 물질의 탁월한 성능을 입증했습니다. 매우 높은 X선 플럭스와 상대적으로 저렴한 비용으로 뛰어난 내구성을 갖춘 검출기 재료는 싱크로트론 기반 X선 연구에서 폭넓게 응용될 수 있습니다. 실험 결과는 다음과 같이 보고되었습니다. 고급 재료 (“용액 성장 페로브스카이트 CsPbBr에 의한 초고속 X선 검출3 단결정 반도체 검출기”) and 고급 광학 재료 (“페로브스카이트 CsPbBr3 10에서 작동하는 단결정 검출기10 광자- 1 mm- 2 초고속 X선 검출용”).
세슘 브로마이드 페로브스카이트 결정은 대규모 싱크로트론 시설에서 X선을 감지하는 인상적인 능력을 보여줍니다. (이미지: 아르곤 국립 연구소) X선 산란 실험 중에 광자 빔(또는 빛 입자)이 연구 중인 샘플을 통해 이동합니다. 샘플은 광자를 산란시킨 후 검출기 재료에 충돌합니다. X선이 어떻게 산란되는지 분석하면 과학자들은 샘플의 구조와 구성에 대한 시각을 얻을 수 있습니다.
“현재 검출기 재료 중 다수는 대규모 싱크로트론 시설에서 나오는 광범위한 빔 에너지와 막대한 X선 플럭스를 처리할 수 없습니다. DOE Office of Science 사용자 시설인 Argonne의 APS(Advanced Photon Source) 물리학자인 Antonino Miceli는 "종종 비용이 많이 들거나 성장하기 어려운 것들은 매우 낮은 온도로 냉각되어야 합니다."라고 말했습니다.
더 나은 검출기 재료에 대한 필요성에 따라 팀은 브롬화 세슘 페로브스카이트 결정의 성능을 분석했습니다. 페로브스카이트는 고도로 조정 가능한 특성을 지닌 단순한 구조를 갖고 있어 다양한 응용 분야에 적합합니다.
재료는 두 가지 다른 방법을 사용하여 재배되었습니다. 한 가지 방법은 결정 형성을 유도하기 위해 물질을 녹이고 냉각시키는 것인데, 이 작업은 Argonne 재료 과학 부서의 과학자인 정덕영의 연구실에서 수행되었습니다. 다른 하나는 결정이 실온에서 성장하는 용액 기반 접근 방식이었습니다. 이 작업은 노스웨스턴 대학에서 공동 임명된 아르곤 대학의 수석 과학자인 Mercouri Kanatzidis의 실험실에서 수행되었습니다.
Kanatzidis는 "APS의 빔라인 11-ID-B에서 이 두 가지 전략을 사용하여 만들어진 결정과 광범위한 싱크로트론 플럭스에서 어떻게 작동하는지 평가했습니다."라고 말했습니다. "결과는 정말 놀라웠습니다." 두 가지 방법을 모두 사용하여 성장한 이 소재는 뛰어난 감지 기능을 보여주었고 문제 없이 APS 한계까지 플럭스를 견뎌냈습니다.
"이 감지기 재료는 작은 변화를 구별할 수 있어 실제 조건에서 실제 재료에 대한 더 큰 통찰력을 드러냅니다."라고 Miceli는 말했습니다. "실리콘과 같은 일반적인 검출기 재료에 비해 상대적으로 밀도가 높으며 더 나은 효율성과 감도를 위해 전기적 특성에 영향을 미치는 방식으로 구조화되었습니다." 고에너지 X선을 통해 연구원들은 동적 시스템을 실시간으로 연구할 수 있습니다. 여기에는 세포의 생물학적 과정이나 엔진 내부의 화학 반응이 포함됩니다. 실험 중 미묘한 변화를 감지하는 새로운 검출기의 기능을 통해 연구자는 재료의 복잡하고 빠른 활동에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있어 더 빠르고 자세한 연구를 촉진할 수 있습니다.
APS의 우수한 검출기 재료는 현재 시설이 빔라인의 밝기를 최대 500배까지 증가시키는 대대적인 업그레이드를 진행하고 있기 때문에 더욱 중요합니다.
Chung은 “우리 그룹은 Argonne의 고유한 역량과 전문 지식 덕분에 매우 고품질의 결정을 성장시킬 수 있었고 이는 재료의 성능을 향상시키는 데 큰 도움이 되었습니다.”라고 Chung이 말했습니다.
앞으로 연구팀은 생산 규모를 확대하고 결정 품질을 최적화하는 데 집중하는 것을 목표로 하고 있습니다.
세슘 브로마이드 페로브스카이트 결정은 대규모 싱크로트론 시설에서 X선을 감지하는 인상적인 능력을 보여줍니다. (이미지: 아르곤 국립 연구소) X선 산란 실험 중에 광자 빔(또는 빛 입자)이 연구 중인 샘플을 통해 이동합니다. 샘플은 광자를 산란시킨 후 검출기 재료에 충돌합니다. X선이 어떻게 산란되는지 분석하면 과학자들은 샘플의 구조와 구성에 대한 시각을 얻을 수 있습니다.
“현재 검출기 재료 중 다수는 대규모 싱크로트론 시설에서 나오는 광범위한 빔 에너지와 막대한 X선 플럭스를 처리할 수 없습니다. DOE Office of Science 사용자 시설인 Argonne의 APS(Advanced Photon Source) 물리학자인 Antonino Miceli는 "종종 비용이 많이 들거나 성장하기 어려운 것들은 매우 낮은 온도로 냉각되어야 합니다."라고 말했습니다.
더 나은 검출기 재료에 대한 필요성에 따라 팀은 브롬화 세슘 페로브스카이트 결정의 성능을 분석했습니다. 페로브스카이트는 고도로 조정 가능한 특성을 지닌 단순한 구조를 갖고 있어 다양한 응용 분야에 적합합니다.
재료는 두 가지 다른 방법을 사용하여 재배되었습니다. 한 가지 방법은 결정 형성을 유도하기 위해 물질을 녹이고 냉각시키는 것인데, 이 작업은 Argonne 재료 과학 부서의 과학자인 정덕영의 연구실에서 수행되었습니다. 다른 하나는 결정이 실온에서 성장하는 용액 기반 접근 방식이었습니다. 이 작업은 노스웨스턴 대학에서 공동 임명된 아르곤 대학의 수석 과학자인 Mercouri Kanatzidis의 실험실에서 수행되었습니다.
Kanatzidis는 "APS의 빔라인 11-ID-B에서 이 두 가지 전략을 사용하여 만들어진 결정과 광범위한 싱크로트론 플럭스에서 어떻게 작동하는지 평가했습니다."라고 말했습니다. "결과는 정말 놀라웠습니다." 두 가지 방법을 모두 사용하여 성장한 이 소재는 뛰어난 감지 기능을 보여주었고 문제 없이 APS 한계까지 플럭스를 견뎌냈습니다.
"이 감지기 재료는 작은 변화를 구별할 수 있어 실제 조건에서 실제 재료에 대한 더 큰 통찰력을 드러냅니다."라고 Miceli는 말했습니다. "실리콘과 같은 일반적인 검출기 재료에 비해 상대적으로 밀도가 높으며 더 나은 효율성과 감도를 위해 전기적 특성에 영향을 미치는 방식으로 구조화되었습니다." 고에너지 X선을 통해 연구원들은 동적 시스템을 실시간으로 연구할 수 있습니다. 여기에는 세포의 생물학적 과정이나 엔진 내부의 화학 반응이 포함됩니다. 실험 중 미묘한 변화를 감지하는 새로운 검출기의 기능을 통해 연구자는 재료의 복잡하고 빠른 활동에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있어 더 빠르고 자세한 연구를 촉진할 수 있습니다.
APS의 우수한 검출기 재료는 현재 시설이 빔라인의 밝기를 최대 500배까지 증가시키는 대대적인 업그레이드를 진행하고 있기 때문에 더욱 중요합니다.
Chung은 “우리 그룹은 Argonne의 고유한 역량과 전문 지식 덕분에 매우 고품질의 결정을 성장시킬 수 있었고 이는 재료의 성능을 향상시키는 데 큰 도움이 되었습니다.”라고 Chung이 말했습니다.
앞으로 연구팀은 생산 규모를 확대하고 결정 품질을 최적화하는 데 집중하는 것을 목표로 하고 있습니다.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63750.php
