合肥研究院在鈣鈦礦X射線探測及成像研究方面取得進展

近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所在鈣鈦礦X射線探測及成像研究方面取得進展。研究人員提出名為“異相鉸連策略”的新思路，將異相CsPb₂Br₅鈣鈦礦摻入CsPbBr₃體相之中，構建電子（空穴）快速通道，實現了體相載流子的高速率傳輸，與薄膜晶體管（TFT）板集成可實現X射線成像。

與傳統的α-Se、CsI和CdZnTe等探測器材料相比，金屬鹵化物鈣鈦礦因高靈敏度、低探測限以及優異的空間分辨率，在醫療影像、無損檢測和安全檢查等領域展示出廣闊的應用前景。特別是無機鈣鈦礦CsPbBr₃，因出色的環境穩定性和高溫可塑性在眾多鈣鈦礦材料中脫穎而出。然而，CsPbBr₃通常以單晶形式被報道，制備難度大且成本高。多晶形式制備的CsPbBr₃器件，會出現體相載流子遷移率低的情況，這限制了其被用于陣列成像。

“異相鉸連策略”在CsPbBr₃的晶界中鉸接2D CsPb₂Br₅的第二相。2D?CsPb₂Br₅的引入不會導致電流基線的降低，反而提高了CsPbBr₃體內的載流子遷移率。2D CsPb₂Br₅在CsPbBr₃的晶界中建立電子（空穴）加速通道，在X射線照射下，通過施加25 V低電壓，實現了2.58×10⁵ μC Gy_air cm^-2的高靈敏度，在0.5 V電壓下具有127.9 nGy_air s^-1的最小檢測極限，獲得了1.57 lp mm^-1的高空間分辨率。進一步，研究人員在TFT背板上集成多晶CsPb₂Br₅/CsPbBr₃，實現了多像素X射線面陣成像。該工作不僅證明了CsPbBr₃材料在成像應用中的可行性，而且為鈣鈦礦在X射線成像技術中的應用開辟了新的材料體系和設計思路。

相關成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金、合肥研究院院長基金等的支持。

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