郑伟团队 Advanced Materials：抑制激子扩散实现超快高分辨X射线成像

近日，我院郑伟教授团队在国际期刊Advanced Materials发表题为“Exciton Diffusion-Suppressed Scintillator for Ultrafast and High-Resolution Radiography” 的最新研究成果。该工作提出一种通过抑制体相激子扩散实现超快响应与高分辨成像协同提升的闪烁体设计策略。研究团队在纳米多孔模板中构筑高度有序的一维有机-无机杂化闪烁体纳米线阵列闪烁屏，实现了纳秒级超快辐射响应（1.87 ns）与高分辨X射线成像（57.1 lp/mm）的协同突破，为发展新一代超快、高分辨辐射成像技术提供了新的材料方案。

图1 兼具超快衰减与高分辨特性的PEA₂PbBr₄纳米线阵列闪烁屏 (PNSS) 设计理念

基于闪烁体的X射线成像技术广泛应用于高能物理实验、医学放射诊断（CT、DR）、工业无损检测、安全检查以及地质勘探等领域。随着超快X射线成像技术的发展，对闪烁体的时间响应速度提出了更高要求。然而，传统无机闪烁体（如 CsI:Tl、NaI:Tl、GOS、YAG:Ce 等）虽然具有较高光产额，但其衰减时间通常在几十至上百纳秒量级，难以满足超快成像需求，因此开发具有超快响应的新型闪烁体材料成为重要研究方向。

近年来，有机–无机杂化材料因其天然量子阱结构和优异发光特性受到广泛关注。其中，铅基有机–无机杂化闪烁体具有较高光产额和快速发光特性，被认为是实现超快辐射探测的重要候选材料。然而，在高能射线激发条件下，该体系仍面临体相激子衰减较慢（>10 ns）以及大尺寸单晶难以稳定生长等问题，限制了其在超快射线成像中的应用。

针对上述问题，本研究提出负压辅助溶液生长方法，以有机-无机杂化闪烁体中的典型材料PEA₂PbBr₄为主要研究对象，在纳米通孔模板中构筑均匀致密的一维 PEA₂PbBr₄ 纳米线阵列闪烁屏（PNSS）。一维空间限域有效抑制体相激子扩散并提高局域激子密度，使PNSS表现出显著加快的辐射发光衰减（τ₁/e = 1.87 ns）。同时，规则排列的纳米通孔结构形成周期性光波导，有效抑制横向光传播与串扰，从而显著提升X射线成像分辨率。成像实验表明，PNSS能够清晰分辨小于20 μm的微结构，空间分辨率达到 57.1 lp/mm（MTF = 0.2）。该研究为有机–无机杂化闪烁体在超快射线成像与高时间分辨辐射探测领域的应用提供了新的思路。

图2 PNSS的制备策略与表征

图3 PNSS在不同激发源下的稳态与瞬态光谱性能

图4 PNSS在超快X射线成像中的应用潜力及其在X射线激发下展示出的高分辨成像性能

上述成果于2026年2月4日发表于期刊Advanced Materials。论文第一作者为威廉希尔WilliamHill官方网站料学院2023级博士研究生宋晓宇，通讯作者为郑伟教授。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202521327