总编辑圈点|纳米光子闪烁体发光效率增十倍,有助实现更灵敏X射线成像

科技日报记者张梦然据发表在最新一期《科学》杂志的论文,美国麻省理工学院研究人员展示了如何通过改变材料的表面,创建纳米级配置(例如波状脊阵列)的方法,新研究将闪烁体的效率提高至少10倍,甚至可能提高100倍。麻省理工学院研究人员展…

科技日报记者 张梦然

据发表在最新一期《科学》杂志的论文,美国麻省理工学院研究人员展示了如何通过改变材料的表面,创建纳米级配置(例如波状脊阵列)的方法,新研究将闪烁体的效率提高至少10倍,甚至可能提高100倍。

麻省理工学院研究人员展示了如何通过改变材料的表面将闪烁体的效率提高至少10倍。此图像显示透明胶带上的TEM网格,右侧显示校正后的效果。图源:《科学》在线版

闪烁体常用于医疗或牙科X射线系统中,将传入的X射线转换为可见光,还用于夜视系统和研究,例如粒子探测器或电子显微镜。团队认为,新方法有望改进医学诊断X射线或CT扫描,减少剂量暴露并提高图像质量,还可用于质量控制,如制造零件的X射线检测。新的闪烁体可实现更高精度或更快速度的检测。

虽然闪烁体已经使用了大约70年,但该领域的大部分研究都集中在开发产生更亮或更快发射光的新材料上,而新方法将纳米技术的进步应用于现有材料。研究小组在闪烁体材料上以与发出的光波长相当的长度创建图案,以此来改变材料的光学特性。

为制造这种“纳米光子闪烁体”, 研究人员说,“你可直接在闪烁体内部制作图案,也可黏在另一种具有纳米级孔洞的材料上。具体细节取决于结构和材料”。团队使用了一个闪烁体并制作了间隔大约一个光学波长(约500纳米)的孔。

这一框架涉及融合3种不同类型的物理学,使用新系统,研究人员发现他们的预测与后续实验的结果非常匹配。实验表明,处理过的闪烁体的发射量提高了10倍,而且通过进一步微调纳米级图案的设计,发射量可提高100倍。

研究人员相信,在光与纳米级结构材料相互作用的领域,计算模拟已实现了快速、实质性的改进,例如在太阳能电池和LED开发方面。新研究为闪烁材料开发的新模型可促进这项技术的类似飞跃。

研究人员表示,纳米光子学技术提供了定制和增强光行为的新的力量,但之前是无法做到这一点的,因为对闪烁进行建模非常具有挑战性。新研究第一次完全打开了这个“闪烁领域”,纳米光子和闪烁体的结合最终可能实现更高分辨率、更低射线剂量的X射线成像。

总编辑圈点:

研究开发出了一种理论和框架,可使研究人员能够计算出任意配置的纳米光子结构产生的闪烁水平。通过微调纳米级图案的设计,可以大幅提高闪烁体的效率,甚至提高百倍。纳米光学和闪烁体的结合,未来可实现更高的分辨率,减少射线剂量,总之,能让闪烁体更亮、更快、更强,还可定制化。这一方法可用于使用闪烁体的所有领域。传统研究方法执着于研发新材料,而本文中的研究则是将新技术用于现有材料。两者结合,碰撞出了非凡的效果。

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