近日，课题组在杂化金属卤化物玻璃闪烁体方向取得重要研究进展。相关成果以“Near-Unity Energy Transfer from Triplet to Self-Trapped Excitons in Transparent Hybrid Metal Halide Glasses for High-Resolution X-ray Imaging”为题发表在国际知名期刊《Nano Letters》上。该论文的第一作者为2024级硕士研究生梁涛和河南城建学院王凯博士，通讯作者为郑州大学连霖源研究员和史志锋教授，郑州大学物理学院为第一单位。

闪烁体能够将高能X射线转换为紫外、可见或近红外光，在医学诊断、安全检查和工业无损检测等领域具有重要应用价值。然而，传统晶态闪烁体在大面积制备和形貌调控方面存在一定局限，而由闪烁体粉末与聚合物复合制备的闪烁屏容易产生颗粒团聚、界面不均匀及光散射等问题，进而影响X射线成像分辨率。此外，高能X射线与闪烁体相互作用产生的次级电子在弛豫过程中会造成大量能量耗散，限制了材料的闪烁效率。因此，发展兼具高透明度、高激子利用率和良好加工性能的新型闪烁材料具有重要意义。

针对上述问题，郑州大学物理学院科研团队采用溶剂辅助快速挥发策略，利用三苯基膦基有机阳离子的空间位阻效应，抑制材料结晶，并通过溶剂快速挥发提高体系黏度，促进无序结构的形成，制备出一系列杂化金属卤化物玻璃。该方法无需传统熔融-淬冷过程，具有制备便捷、形貌可调和可回收再加工等特点。其中，优化后的(ETPP)2PbBr4玻璃在可见光范围内的透过率超过90%，展现出良好的光学透明性。在发光机制方面，研究团队通过调控有机阳离子的烷基链长度，系统研究了分子结构、激发态动力学与能量传递行为之间的关系。研究发现，三苯基膦基有机阳离子产生的三重态激子能够作为能量传递的分子天线，将能量高效传递至无机组分中的自陷态激子（STEs）发光态，实现近乎100%的三重态激子到自陷态激子的能量传递效率。这一机制与无机组分对X射线的有效吸收相结合，构建了直接激发自陷态激子与有机三重态激子敏化自陷态激子的双通道能量利用机制，有效提高了次级电子的能量利用效率。基于上述材料优势，研究团队进一步制备了直径达10 cm的玻璃闪烁屏，并开展了X射线成像性能测试。结果表明，该闪烁屏的空间分辨率达到22.5 lp/mm，能够清晰分辨精细结构，并成功实现对铜网、电子芯片、金属弹簧及葵花籽等样品的高分辨率成像。

该研究建立了有机阳离子分子结构、三重态激子动力学与无机自陷态激子发光之间的关联，为开发高透明、高性能、大面积杂化金属卤化物玻璃闪烁体提供了新的设计思路。

该项工作得到了国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03217