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国重室王殳凹教授课题组在柔性辐射探测材料领域取得进展

发布者:佟鑫发布时间:2020-05-13浏览次数:441

放射医学与辐射防护国家重点实验室王殳凹教授课题组在柔性辐射探测材料领域取得新进展,相关成果以Thermoplastic Membranes Incorporating Semiconductive Metal–Organic Frameworks: An Advance on Flexible Xray Detectors为题于426日在线发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志上Angew. Chem. Int. Ed.,2020,DOI:10.1002/anie.202004006)。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202004006

X射线探测技术作为X射线应用领域的核心技术,今年来在众多科研工编辑的共同努力下得到了飞速的发展,历经气体探测器和闪烁体探测器之后发展到现如今的第三代半导体探测器。半导体探测器兼具性能优秀、器件简便等众多优势,在一些领域弥补了以往两代探测器的缺陷,能够达到博采众长的效果。传统的半导体探测材料有硅(Si)、高纯锗(Ge)、碲锌镉(CdZnTe)等,都有着各自优势,并且近些年发展起来的钙钛矿类探测器也给这个领域带来了更多的选择性。可是随着X射线应用的进一步普及以及人们对于X射线探测要求的提升,传统的强刚性、高重量的探测材料无法很好地满足部分应用工况的要求,柔性X射线探测材料的设计则成了该领域的热点问题。此前苏州大学放射医学与环境学院核能环境化学研究中心的王殳凹教授和王亚星副教授发现了金属有机框架材料(MOFs)在半导体探测领域的潜力,相关工作被发表在J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 8030?8034。在此工作的基础之上,近期该团队又将半导体MOFs材料引入在在柔性辐射探测材料领域,该成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

该工作利用了Pb元素作为MOF金属中心来提升材料的X射线阻滞系数,与氯冉酸配体形成了一种半导体MOF材料(SCU-13),并且将该MOF与聚偏氟乙烯(PVDF)制成了混合基质薄膜。

1. SCU-13的结构示意图以及价带和导带电子模拟图


该工作通过混合基质薄膜的手段有效克服以往高压制备多晶探测器晶界等因素带来的缺点,从而提升了载流子迁移效率,得到了多晶压制探测器所不具备的探测性能。得到了较高的X射线探测灵敏度65.86 μCGyair-1cm-2和相较于压制晶片迁移率寿命积的提升,同时检测下限低至6.553 ?Gyair/s

2. 膜材料实物图以及探测性能测试结果


为了探究柔性成像方面的可能性,该团队测试了样品在弯曲工况条件下性能的稳定性,实验得到在不同的弯折角度和弯折次数的情况下样品都能较好地保持之前的性能。并且创造性得尝试了弯曲状态成像模拟实验,利用4cm×4cm的薄膜完成了5×5的像素级成像,把每个像素点的光电流大小按照颜色阶梯化处理得到的图像能够表现出覆盖在上面的“S”形铅片的形状。该尝试给柔性辐射探测领域提供了一种新的可能性。

3. 柔性探测器性能测试结果以及像素成像示意图


该研究工作由苏州大学核能环境化学研究中心的硕士研究生梁城瑜和博士后张仕通为共同第一编辑,王殳凹教授和王亚星副教授为共同通讯编辑。本工作得到了国家自然科学基金的经费支撑。


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