研究问题：传统及钙钛矿闪烁体存在小斯托克斯位移导致自吸收效应、重金属毒性、低透明度和大面积制备困难等问题，限制其在高分辨率X射线成像中的应用。

研究难点:（1）透明度与量子点负载的平衡：高负载量子点易引发光散射，降低透光率。（2）三线态激子利用：传统材料中三线态激子因暗态特性难以贡献发光。

文献综述：（1）有机闪烁体：通过卤素修饰提升X射线吸收，但透明度和量产能力不足，（2）量子点闪烁体：溶液加工潜力大，但单分散性差且固态组装易损失性能。

图1 闪烁体的设计、结构及工作原理示意图。a一米×0.5米规格的透明闪烁体通过无序组装的氧化锌量子点（左为紫外和X射线激发态，右为明场图像）。b氧化锌量子点闪烁体无序组装过程示意图。c氧化锌量子点闪烁体的顶视图与侧视透射电镜图像。d模拟光透过率光谱（数值参数设置：d=30 μm，np = 2.008，nm = 1.6)，插图为TEM图像及氧化锌量子点高分辨率TEM图像。e闪烁体透射光谱。可见光区呈现高透明度（插图：直径5厘米、厚度300 μm的氧化锌量子点闪烁体）。f氧化锌量子点时间依赖性电子自旋共振信号（上）、375 nm激发下发光衰减曲线（下）。g氧化锌量子点闪烁体中X射线诱导闪烁过程示意图。

图2 单重态-三重态杂化激子发光机制研究。a光激发下氧化锌量子点中单重态-三重态杂化激子（STE）生成示意图。b激光功率强度与光致发光强度的函数关系。R2校正值= 0.996，对应575 nm发射波长。c氧化锌量子点在450-570 nm选定波长范围内的光致发光衰减曲线。d氧化锌量子点的温度依赖性光致发光寿命衰减谱。e 280 nm激发下氧化锌氧化量子点在20 fs至7.5 ns时间尺度上的TA轮廓图。f 1-5000 ps时间范围内采集的TA光谱。g在345、360和520 nm波长处探测TA动力学过程，数据采用双指数衰减模型拟合。h全局分析拟合得到的物种相关差分光谱。i氧化锌量子点中单重态-三重态杂化STE发射过程示意图。

图3 X射线激发下单重态-三重态杂化闪烁体发光研究。a 80 K和300 K温度下的归一化光致发光（PL）及氧化锌量子点闪烁体的反射光谱（RL）。b氧化锌量子点闪烁体在10 keV至50 keV不同厚度下的X射线衰减效率对比。c氧化锌量子点闪烁体的归一化RL光谱，其中碘化铯代表铊（Tl），Bi₄Ge₃O₁₂为硼氧玻璃（BGO）。d全向辐射探测示意图。e同剂量率下不同方位(0-360度）的光强分布。f氧化锌量子点中多重激发电荷载流子形成的机理示意图。g 10 kV至45 kV加速电压下X射线光子能量谱。h不同X射线光子作用下氧化锌量子点的RL光谱（插图为对应图像）。i氧化锌量子点RL强度随剂量率变化关系。通过拟合曲线斜率得出检测限为37.63 ± 0.4 nGy s⁻¹，信噪比达3。j氧化锌量子点在575 nm峰值处的发射光稳定性对比：连续辐照组（上）与X射线开-关循环组（下）。

图4 利用氧化锌量子点闪烁体实现的高分辨率大范围X射线成像。a实验装置示意图，用于样品X射线成像。b标准X射线测试样片照片。基于氧化锌量子点闪烁体的样片X射线图像（X射线管电压：40 kV，剂量率：27.1 μGy s⁻¹）。c X射线成像系统空间分辨率特性曲线，通过调制传递函数表征。氧化锌量子点闪烁体在MTF = 0.4时空间分辨率为30 lp mm^-1，在MTF = 0.2时为42 lp mm^-1。插图：测试芯片及其对应X射线图像。（剂量率：16.9 μGy s⁻¹）d背包结构明场（左）与暗场（右）对比照片，分别记录X射线曝光前后状态（剂量率：7.1 μGy s⁻¹）。e指尖X射线图像（剂量率：4.1 μGy s⁻¹）。f使用大范围氧化锌量子点闪烁体的断猪肉肋骨X射线图像（剂量率：15.0 μGy s⁻¹）。g实时X射线成像实验装置示意图。h十二种图案动态X射线图像。

1. 通过无序组装策略和单线态-三线态混合激子设计：

2. （1）实现米级透明闪烁体制备（透光率96%），光子产额达16,296±1,754 photons/MeV；

3. （2）突破传统分辨率限制（42 lp/mm），支持低剂量（37.63 nGy/s）、大面积（5000 cm²）实时成像；

4. （3）为无铅化、低成本X射线成像材料提供新范式，推动辐射探测与医学影像革新。
   

   
   

   原文DOI: https://doi.org/10.1038/s41377-025-01869-z