用户速递⎮西南大学刘婧团队:基于电荷补偿策略调控Cs2AgInCl6:Mn2+光学性能及其在X射线成像中的应用

2025-12-12 10:05:18, 光电行业都会关注北京卓立汉光仪器有限公司

西南大学材料与能源学院刘婧团队在X射线成像领域取得重要进展。研究成果以“Charge compensation via tetravalent doping for high-efficiency Mn²⁺-activated inorganic double perovskites toward high-resolution X-Ray imaging”为题发表在国际知名期刊《Inorganic Chemistry Frontiers》上。西南大学为该论文第一单位，刘婧副教授为论文通讯作者。今天小卓为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业应用带来一些灵感和启发。

应用方向：闪烁体、钙钛矿、X射线成像

金属掺杂无铅钙钛矿纳米闪烁体在辐射探测领域具有重要应用前景。然而，在Mn²⁺掺杂Cs₂AgInCl₆（CAIC）双钙钛矿体系中，由于二价Mn²⁺取代三价In³⁺所引起的电荷失衡，以及Mn²⁺有效掺杂浓度受限，制约其发光性能的进一步提升。基于此，西南大学刘婧副教授团队提出了一种电荷补偿策略，通过引入Ce⁴⁺/Zr⁴⁺作为共掺离子，成功提升了Mn²⁺掺杂CAIC纳米晶的发光性能，并制备了适用于X射线成像的高性能闪烁体材料。

正文

在刘婧副教授团队的工作中，他们成功构建了 Cs₂AgInCl₆:Mn²⁺双钙钛矿纳米晶闪烁体薄膜，该薄膜在 X 射线成像应用中展现出优异的检测灵敏度与空间分辨率。为解决价态不匹配导致的晶格电荷失衡问题，通过引入四价离子（Ce⁴⁺/Zr⁴⁺）实现（Mn²⁺，X⁴⁺）对（In³⁺，In³⁺）的协同取代，构建了高效电荷补偿机制。该机制不仅显著提高了 Mn²⁺的有效掺杂浓度，还提升了其在 Mn²⁺/Mn⁴⁺混合价态中的相对占比；其中 Ce⁴⁺的引入可进一步抑制 Mn²⁺向 Mn⁴⁺的氧化转变，有效维持 Mn²⁺的发光中心特性，最终实现辐射发光效率的显著提升。

图1 CAIC:Mn²⁺、CAIC:Mn²⁺, Zr⁴⁺和CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺纳米晶的（a）晶体结构的示意图；（b）XRD图；（c，d，e）分别为CAIC:Mn²⁺、CAIC:Mn²⁺, Zr⁴⁺和CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺纳米晶的透射电子显微镜和高分辨电子显微镜图像；（f，g，h）为相对应的纳米晶的尺寸分布图。

图2（a）CsPbBr₃、Si、CsI-TI、YAG:Ce和CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺对光子能量的线性衰减系数；（b）几种闪烁体在X射线辐射下的衰减效率与厚度的函数关系；（c）CAIC:Mn²⁺、CAIC:Mn²⁺, Zr⁴⁺与CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺的辐射发光光谱；（d）提出的辐射发光机理图；（e）CAIC:Mn²⁺、CAIC:Mn²⁺, Zr⁴⁺、CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺与YAG:Ce闪烁体的辐射发光强度随X射线剂量率的变化；（f） CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺的X射线剂量率的变化与信噪比SNR的函数关系；（g）CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺与YAG:Ce闪烁体的辐射发光光谱；（h）连续30次X射线照射-关闭循环下CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺的辐射发光强度变化。

图3 （a）X射线成像系统示意图；（b，c）CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺@PDMS薄膜在紫外灯（290 nm）下的薄膜发光图片；（d，e）金属钥匙在日光下照片和X射线成像照片；（f，g）圆珠笔在日光下照片和X射线成像照片；（h）通过斜边法测量CAIC:Mn²⁺, Ce⁴⁺@PDMS薄膜薄膜的MTF曲线。

该研究揭示了Ce⁴⁺/Zr⁴⁺电荷补偿对Mn²⁺掺杂掺杂双钙钛矿纳米晶发光行为的调控机制。该策略有效减少了因电荷失衡引起的非辐射复合中心，从而显著提升了材料的发光性能。并且通过混合Cs₂AgInCl₆:Mn²⁺, Ce⁴⁺和PDMS制备了柔性闪烁薄膜，这些薄膜展现了强烈的红色辐射发光，具备优于商用闪烁体YAG:Ce单晶的光产额、7.7 lp mm⁻¹的空间分辨率和619.2 nGy_air s⁻¹低检测限。此外，它们在连续X射线照射下展现的出色抗辐射稳定性和长工作寿命显著促进了无机纳米闪烁体在高分辨率X射线显微成像领域的实际应用，不仅为开发高分辨率X射线成像闪烁体提供了新材料体系，也为通过价态工程优化钙钛矿光电性能提供了新的设计思路与技术路径。