Новые органо-неорганические гибридные материалы на основе висмута демонстрируют исключительную чувствительность и долговременную стабильность в качестве детекторов рентгеновского излучения, значительно более чувствительные, чем коммерческие рентгеновские детекторы. Кроме того, эти материалы могут быть получены без растворителей путем шарового измельчения - процесса механохимического синтеза, который является экологически чистым и масштабируемым. Более чувствительные детекторы позволили бы снизить радиационное облучение при рентгенологических исследованиях.
Рентгеновская визуализация незаменима в медицинской диагностике и определении характеристик материалов. Чтобы сгенерировать изображение, детектор преобразует рентгеновские лучи, проходящие через объект, в электрические сигналы. Более высокая чувствительность детектора позволяет снизить дозы облучения, что особенно важно в медицинских целях.
Используемые в настоящее время рентгеновские детекторы состоят из неорганических соединений элементов со средними и высокими атомными номерами. В последние годы неорганические соединения перовскита также были протестированы в качестве детекторов рентгеновского излучения с очень хорошими результатами.
Вдохновленный материалами pervoskite
Теперь команда, возглавляемая экспертом по рентгеновским детекторам профессором Дж. Елена Маслянчук из HZB продемонстрировала, что два новых органо-неорганических гибридных материала на основе висмута могут быть использованы для высокоэффективной рентгеновской детекции. Два материала на основе висмута, исследованные в этой работе, [(CH 3 CH 2)3 S]6 Bi 8 I 30 и [(CH 3 CH 2)3 S]AgBiI 5, были вдохновлены появлением галогенидных перовскитов в оптико-электронных устройствах и впервые исследованы доктором Алланом. Старкхольм во время работы над докторской диссертацией в Королевском технологическом институте Стокгольма, Швеция.
"Высокие атомные номера, подходящие запрещенные зоны и уникальные структурные особенности делают их идеальными для рентгеновской детекции, - говорит Старкхольм. - Они содержат стабильные катионы сульфония вместо традиционно используемых гигроскопичных катионов аммония, которые обещают долгосрочную стабильность".
Экологически чистый производственный процесс
В сотрудничестве с экспертом BAM Франциской Эммерлинг был использован особо экологичный производственный процесс: шаровое фрезерование. При этом образуются поликристаллические порошки, которые затем прессуются в плотные гранулы. Эти процедуры также установлены в промышленности.
До 50 раз более чувствительный
В сотрудничестве с командой доктора Феликса Ланга из Потсдамского университета новые материалы были оценены на предмет их использования в рентгеновских детекторах. "Результаты показывают, что они работают лучше, чем современные коммерческие детекторы, даже в течение длительных периодов времени", - говорит Старкхольм. "Фактически, они демонстрируют чувствительность на два порядка выше, чем у коммерческих материалов, таких как аморфный селен или CdZnTe, и могут обнаруживать дозы рентгеновского излучения почти в 50 раз меньшие", - говорит Старкхольм.
В дополнение к обширному анализу в лаборатории, команда также изучила образцы на лучевой линии KMC-3 XPP на BESSY II. Детекторы сохраняли стабильный отклик во время импульсного рентгеновского облучения в потоке фотонов высокой интенсивности, при этом после облучения не наблюдалось заметного ухудшения характеристик, что подчеркивает надежность материалов детектора.
Перспективы передачи технологий
"Мы показали, что эти совершенно новые материалы на основе висмута являются отличными кандидатами для обнаружения рентгеновских лучей. Наши результаты подчеркивают захватывающие возможности для расширения исследований гибридных материалов в HZB за пределы фотовольтаики, как в пределах месторождения перовскита, так и за его пределами. Более чувствительные рентгеновские детекторы позволили бы значительно снизить радиационное облучение при рентгенографии", - говорит Елена Маслянчук.
Передача технологий - это следующий шаг. "В Адлерсхофе так много интересных компаний, с которыми мы могли бы сотрудничать, чтобы оптимизировать разработку таких рентгеновских детекторов", - говорит Старкхольм.
Комментарии