O futuro da imagem de raios X:soluções ultraestáveis e de alta resolução com nanocristais antiperovskita sem chumbo
Compostos vítreos transparentes que incorporam nanocristais de haleto anti-perovskita sem chumbo permitem imagens de raios X ultraestáveis de alta resolução. Crédito:Fotônica Avançada (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002 Nos domínios da inspeção de materiais, diagnóstico médico, descoberta astronômica e pesquisa científica, a demanda por métodos de imagem de raios X ultraestáveis e de alta resolução desencadeou uma busca fervorosa por materiais inovadores responsivos aos raios X. Esses materiais procurados devem possuir qualidades excepcionais, como alta atenuação de raios X, cintilação eficiente, rápido decaimento da luz e durabilidade robusta.
Entre elas, as perovskitas baseadas em haleto de chumbo emergiram como um concorrente atraente devido à sua notável eficiência de luminescência, capacidades superiores de atenuação de raios X e curtos tempos de vida de fluorescência. No entanto, sua aplicação no campo de cintilação é dificultada pela toxicidade do metal pesado chumbo (Pb), baixo rendimento de fótons causado por efeitos de autoabsorção e baixa estabilidade à irradiação de raios X.
Quebrando barreiras:nanocristais anti-perovskita sem chumbo
Para superar esses desafios, os pesquisadores têm buscado soluções em haletos metálicos de dimensão zero (0D) livres de chumbo, como haletos à base de cobre, prata, zircônio e manganês. Essas alternativas intrigantes mostraram-se promissoras como cintiladores eficazes para detecção e geração de imagens de raios X, ostentando altos rendimentos de fótons, diversas opções de composição e estrutura e um mecanismo de luminescência exclusivo conhecido como excitons auto-presos (STEs).
No entanto, um grande obstáculo reside na fabricação desses haletos metálicos como filmes finos ou wafers, resultando em resolução de imagem abaixo da média devido à dispersão de luz causada por partículas grandes e limites de cristal. Além disso, os haletos metálicos 0D sem chumbo enfrentam desafios relacionados à baixa estabilidade, especialmente em ambientes quentes e úmidos.
Em uma descoberta relatada em Advanced Photonics , pesquisadores da Universidade de Tecnologia do Sul da China desenvolveram uma abordagem pioneira que revoluciona a imagem por raios X. Eles obtiveram imagens de raios X de alta resolução e ultraestáveis, mesmo em condições exigentes de alta temperatura e umidade. A chave:Cs sem chumbo3 MnBr5 nanocristais antiperovskita embutidos em uma matriz de vidro. (a) Esquema do sistema de imagem de raios X. (b) Imagens de campo claro e raios X da placa padrão de resolução de raios X com o vidro incorporado em Cs3MnBr5 NC. (c) MTF de imagens de raios X obtidas a partir do vidro incorporado em Cs3MnBr5 NC (a espessura é de 0,6 mm). (d) Fotografias de uma resina ABS cilíndrica embutida com uma mola de ferro no ar (parte superior) e em óleo de dimetil silicone (parte inferior). (e) Fotografias de imagens térmicas (acima) e imagens de raios X (abaixo) da resina ABS cilíndrica incorporada com uma mola de ferro imersa em óleo de dimetil silicone em diferentes temperaturas. Barra de escala, 1 cm. (f) Intensidade RL de NCs Cs3MnBr5 no vidro registrada ao longo de 120 ciclos liga/desliga contínuos durante 60 min. (g) Fotografia (esquerda) e imagens de raios X (direita) do chip tiradas sob irradiação contínua por 2 h. Barras de escala, 2 mm. Crédito:Fotônica Avançada (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002 Ao contrário dos materiais perovskitas tradicionais, as antiperovskitas possuem uma estrutura distinta representada como [MX4 ]XA3 [A =metal alcalino; M =metal de transição; e X =cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I)]. Esta configuração exclusiva apresenta um centro de luminescência, o [MX4 ]
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tetraedro, aninhado dentro de um XA tridimensional (3D)6 esqueleto anti-perovskita octaédrico. Esta estrutura reduz significativamente a interação do centro de luminescência, promovendo efeitos aprimorados de confinamento espacial e, em última análise, produzindo alta eficiência quântica e estabilidade de luminescência.
Através do processo de cristalização in situ durante o recozimento, Mn
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os íons são perfeitamente integrados à matriz do vidro, dando origem a cores de luminescência ajustáveis que variam do vermelho ao verde, conforme determinado pelo cronograma de recozimento. Além disso, o Cs3 MnBr5 o vidro incorporado em nanocristais exibe estabilidade incomparável à irradiação de raios X, estabilidade térmica e resistência à água.
Notavelmente, ele também possui um limite excepcional de detecção de raios X (767 nanograys por segundo), uma impressionante resolução espacial de imagem de raios X (19,1 pares de linhas por milímetro) e excelente estabilidade de irradiação de dose de raios X (5,775 miligrays por segundo).
Este trabalho apresenta um novo esquema intrigante que aproveita o potencial de compósitos vítreos transparentes incorporando nanocristais de haleto anti-perovskita isentos de chumbo para aplicações de imagens de raios X ultraestáveis e de alta resolução. Os resultados desta pesquisa podem servir como um catalisador, estimulando a exploração e o desenvolvimento de novos materiais anti-perovskita de haleto metálico. Em última análise, esta descoberta abre caminho para o desenvolvimento futuro de dispositivos de imagem por raios X de próxima geração, prometendo avanços transformadores no campo do diagnóstico e imagem por raios X.
Mais informações: Yakun Le et al, Compósitos vítreos transparentes que incorporam nanocristais de haleto anti-perovskita sem chumbo permitem emissão ajustável e imagens de raios X ultraestáveis, Advanced Photonics (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002 Fornecido por SPIE
