Imagens de raios X ultraestáveis e de alta resolução usando nanocristais antiperovskita sem chumbo
por redatores
Guangzhou, China (SPX) 12 de julho de 2023
Nos domínios da inspeção de materiais, diagnósticos médicos, descobertas astronômicas e pesquisas científicas, a demanda por métodos de imagem de raios-X ultraestáveis e de alta resolução iniciou uma busca fervorosa por materiais inovadores responsivos a raios-X. Esses materiais procurados devem possuir qualidades excepcionais, como alta atenuação de raios-X, cintilação eficiente, rápida deterioração da luz e durabilidade robusta.
Entre eles, as perovskitas à base de haleto de chumbo emergiram como um concorrente atraente devido à sua notável eficiência de luminescência, capacidades superiores de atenuação de raios-X e tempos de vida de fluorescência curtos. No entanto, sua aplicação no campo da cintilação é dificultada pela toxicidade do metal pesado chumbo (Pb), baixo rendimento de fótons causado por efeitos de autoabsorção e baixa estabilidade na irradiação de raios-X.
Quebrando barreiras: Nanocristais antiperovskita sem chumbo
Para superar esses desafios, os pesquisadores têm buscado soluções em haletos metálicos de dimensão zero (0D) sem chumbo, como haletos à base de cobre, prata, zircônio e manganês. Essas alternativas intrigantes se mostraram promissoras como cintiladores eficazes para detecção e geração de imagens de raios-X, apresentando alto rendimento de fótons, diversas opções de composição e estrutura e um mecanismo de luminescência exclusivo conhecido como excitons auto-aprisionados (STEs).
No entanto, um grande obstáculo reside na fabricação desses haletos metálicos como filmes finos ou wafers, resultando em resolução de imagem inferior devido à dispersão de luz causada por grandes partículas e limites de cristal. Além disso, os haletos metálicos 0D sem chumbo enfrentam desafios relacionados à baixa estabilidade, principalmente em ambientes quentes e úmidos.
Em uma descoberta surpreendente relatada na revista Advanced Photonics, pesquisadores da Universidade de Tecnologia do Sul da China desenvolveram uma abordagem pioneira que revoluciona a geração de imagens de raios-X. Eles obtiveram imagens de raios X de alta resolução e ultraestáveis, mesmo em condições exigentes de alta temperatura e umidade. A chave para seu sucesso está nos nanocristais antiperovskita Cs3MnBr5 sem chumbo embutidos em uma matriz de vidro.
Ao contrário dos materiais perovskitas tradicionais, as antiperovskitas possuem uma estrutura distinta representada como [MX4]XA3 [A = metal alcalino; M = metal de transição; e X = cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I)]. Esta configuração única apresenta um centro de luminescência, o [MX4]2-tetraedro, aninhado dentro de um esqueleto tridimensional (3D) XA6 octaédrico antiperovskita. Essa estrutura reduz significativamente a interação do centro de luminescência, promovendo efeitos de confinamento espacial aprimorados e, finalmente, produzindo alta eficiência quântica e estabilidade de luminescência.
Através do processo de cristalização in situ durante o recozimento, os íons Mn2+ são perfeitamente integrados à matriz de vidro, dando origem a cores de luminescência ajustáveis que variam do vermelho ao verde, conforme ditado pelo cronograma de recozimento. Além disso, o vidro embutido em nanocristais Cs3MnBr5 exibe estabilidade incomparável à irradiação de raios-X, estabilidade térmica e resistência à água. Notavelmente, ele também possui um limite de detecção de raios X excepcional de 767 nanograys por segundo, uma impressionante resolução espacial de imagem de raios X de 19.1 pares de linhas por milímetro e excelente estabilidade de irradiação de dose de raios X de 5.775 miligrays por segundo.
Este trabalho inovador apresenta um novo esquema intrigante que aproveita o potencial de compósitos vítreos transparentes incorporando nanocristais de haleto anti-perovskita sem chumbo para aplicações de imagens de raios-X ultraestáveis e de alta resolução. Os resultados desta pesquisa podem servir como um catalisador, estimulando a exploração e o desenvolvimento de novos materiais anti-perovskita de haletos metálicos. Em última análise, esta descoberta abre caminho para o desenvolvimento futuro de dispositivos de imagem de raios-X de próxima geração, prometendo avanços transformadores no campo de diagnóstico e imagem de raios-X.
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- Fonte: https://www.spacedaily.com/reports/High_resolution_ultrastable_X_ray_imaging_usng_lead_free_anti_perovskite_nanocrystals_999.html
