用户文献 | 极性溶剂宏量制备钙钛矿纳米晶用于超快X射线成像
文献信息
发表期刊：Nature Communications
题目：Polar solvent strategy enables scalable synthesis of perovskite nanocrystal scintillators for fast X-ray imaging
作者：Xudong Hu, Zhicheng Wang, Simil Thomas, Issatay Nadinov, Qiuting Cai, Xingliang Dai, Yue Wang, Jialong Gong, Ye Wu, Renqian Zhou, Yuanfan Wen, Jian-Xin Wang, Haibo Zeng, Osman M. Bakr, Husam N. Alshareef, Xiaoming Li*, Omar F. Mohammed*
DOI: 10.1038/s41467-026-71288-0
原文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-026-71288-0
测试设备：创锐超快瞬态吸收光谱系统TA100-KERR
文献正文
近日，南京理工大学材料科学与工程学院李晓明教授课题组在超快X射线成像领域取得重要进展。研究团队巧妙地提出了一种“低温极性溶剂驱动合成法”策略，解决了钙钛矿纳米晶闪烁体宏量制备难、试剂消耗大的合成难题，为构筑第一代低成本、快响应的X射线成像探测平板提供了技术支撑。相关成果发表于国际综合性顶级期刊《自然-通讯（Nature Communications）》上。
超高速X射线成像技术与装备在瞬态过程(侵彻、熔池、发射)的透视成像中具有重要作用，能为武器装备的研制、焊接生产的控制以及防护毁伤过程的分析与设计等提供强有力的理论与技术支撑。X射线成像的原理，是利用闪烁体材料将X射线转换成可见光，并基于物质对X射线吸收的多少，在后端传感器上进行衬度成像。因此，闪烁体作为X射线成像的桥头堡，直接决定了成像性能。为了进行超高速X射线成像，闪烁体需要具备高效率、超快响应、大面积制备等优势，而目前能满足上述优势的闪烁体材料种类极少，且宏量制备也是领域的巨大挑战。
为解决上述问题，研究团队选取具有纳秒级响应的铅卤纳米晶闪烁体为研究对象，巧妙地发展了低温极性溶剂合成策略，破解了纳米晶合成产率及可控性与溶液中化学反应热动力学之间长期以来的矛盾，通过可控超快能量转移机制解决了半导体性纳米晶的本征自吸收效应，最终实现了具有高效率、超快响应纳米晶闪烁体的宏量可控制备。基于该新型纳米晶闪烁体制备的高质量闪烁体薄膜表现出优异的空间分辨率(30.4 lp mm-1)。并成功实现了7680 FPS的超高速X射线成像演示。
图 1 钙钛矿纳米晶闪烁体制备方法新旧对比及探测器性能比较
在该研究中，研究团队制备了浓度依次增加的LT-NC溶液（图2a）。图4b所示的浓度依赖PL光谱显示，随着纳米晶分散浓度的增加，稳态PL光谱由多相共存逐渐转变为单相发光，该结果有效地证明了能量转移的存在。进一步地，为了更加直观地观测具备梯度相结构LT-NCs中的超快能量转移过程，利用创锐光谱荧光克尔门系统对代表性延迟时间上的瞬态PL光谱信号进行了快速捕捉，所得等高线结果如图2c所示。可以看到，在荧光信号起源早期，光谱形状与图2b所示的多相发光一致，随着延迟时间的推进，PL光谱也逐渐由多相转变为单相发光（图2d）。
图 2 荧光克尔门系统表征超快能量转移
该项研究不仅为对标钙钛矿X射线探测器的厚膜闪烁体层制备提供了可行的宏量合成策略，而且证明了新型钙钛矿纳米晶在实时超快X射线成像中的可观应用前景。
总结
在上述研究过程中，超快瞬态吸收光谱技术（创锐TA100-KERR系统）发挥了关键的验证与机理解析作用。通过飞秒级的时间分辨能力，该技术直接捕获了梯度相结构LT-NCs中从低n值相到高n值相的超快能量转移过程（约数皮秒），精确量化了能量漏斗效率，证实了多相共存状态下激子路由的动力学路径。正是基于超快瞬态吸收光谱提供的决定性证据，研究团队得以确认极性溶剂策略下能量转移与辐射复合的时间窗口高度匹配，从而揭示了LT-NCs实现高光产额（>28800 photons·MeV⁻¹）与超快发光衰减（7.19 ns）的内在物理根源。这一技术贡献不仅夯实了宏量制备钙钛矿纳米晶闪烁体的科学基础，也为后续设计更高效的X射线成像材料提供了动力学层面的设计准则。
TA100-KERR 技术参数
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