澳科大学者在国际顶级期刊发表论文： 超耐γ射线辐照、高效的钙钛矿纳米晶闪烁体
2022年11月28日，澳门科技大学材料科学与工程研究院李良教授作为共同通讯作者与义大利米兰比科卡大学Brovelli Sergio教授、Anna Vedda教授合作在光学顶级期刊《自然–光子学》Nature Photonics（影响因子38.771）在线发表了题为 “Extreme γ-ray radiation hardness and high scintillation yield in perovskite nanocrystals” 的研究论文。
辐照探测在医疗诊断、国土安全、环境监测和工业控制等领域的基础科学研究及中占据及其重要的地位。作为新型辐照探测材料，铅卤钙钛矿（LHPs）纳米晶因其低成本、高可靠性和高原子数等优势，可用于下一代闪烁体和电离辎射检测而广受研究人员青睐。因而钙钛矿纳米晶必须具备在大辐照剂量下仍可表现出高闪烁发光效率和发射稳定等特性才可能满足辐照探测实际应用需求。截至目前，尚无确切有效的方案来优化解决LHPs纳米晶的闪烁发光效率和动力学等方面的问题，同时我们对于纳米晶在数千Gy以上超高辎照剂量下的表现并不知晓。
鉴于此，该工作发展了表面氟化学提升钙钛矿纳米晶闪烁发光的方法并对系统深入研究了极高gamma（γ）射线辎照剂量下（约1 MGy）的CsPbBr3和CsPbBr3·F两种纳米晶的结构和光谱学行为（如图）。结果表明，在超高剂量γ射线辐照后，纳米晶存在结构缺陷自愈能力，闪烁效率与初始水准保持一致，展现出具有适应高γ辐照剂量环境的潜能。此外，氟化处理后的钙钛矿纳米晶浅层表面缺陷被完全抑制，使得其闪烁发光以带隙发光为主，闪烁发光效率相较未处理样品提高了500%，可以与商业闪烁器的性能相媲美；而未处理的标准样品由于表面缺陷的存在，其闪烁发光主要来自于浅层缺陷，效率较低。上述结果对于开发化学方法获得面向超高辐照环境使用的超稳定钙钛矿纳米晶及器件具有重要的指导意义。
李良教授近年致力于破解限制萤光半导体纳米晶（量子点）应用的「稳定性」瓶颈问题，在实现量子点稳定性提升及LED等应用推动方面取得一系列创新研究成果。钙钛矿量子点作为一种新型萤光材料，具备优异的发光效率和色纯度，而且材料本身制备简单、成本低、易放大生产，成为照明显示领域基础和应用研究炙手可热的明星材料。然而钙钛矿量子点离子晶体的本征稳定性差对其应用提出了巨大的挑战。针对这一问题，李良课题组先后提出二氧化矽「无水包覆」（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138），矽铝氧化物复合包覆（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56），MOF封装（Nat. Commun. 2017, 8），高温固相原位合成技术（Nat. Commun. 2020, 11; Chem. Sci, 2022, 13）和氟离子表面工程技术（Nat. Photonics 2021, 15; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61）等一系列提高钙钛矿量子点光、热稳定性的方法。
义大利米兰比科卡大学Matteo L. Zaffalon、Francesca Cova为论文共同作者，上海交通大学环境科学与工程学院刘明明博士为论文的主要参与者，澳门科技大学材料科学与工程研究院李良教授、义大利米兰比科卡大学Brovelli Sergio教授和Anna Vedda教授为论文的共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金（NSFC 21773155）、广东省重点研发项目（2019B010924001）等基金支持。
有关研究论文，可浏览Nature Photonics《自然–光子学》链接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-01103-x
来源：澳门科技大学
