近日，鄭州大學物理學院、中原之光實驗室在高透明、大尺寸、高分辨X射線閃爍材料的設計與應用研究方面取得積極進展，為大尺寸的X射線檢測成像奠定了基礎。
 

　　X射線閃爍體是實現高靈敏輻射探測與成像的關鍵材料，其核心功能在于將X射線能量高效轉換為可見光信號，被廣泛應用于醫學影像、安全檢查、工業無損檢測等多個領域。從傳統碘化銫(CsI:Tl)到新興的金屬鹵化物鈣鈦礦閃爍體，不同材料體系各有優劣。例如，傳統無機閃爍體雖然具有較高的X射線吸收能力，但其在大面積高分辨率成像方面仍存在優化空間。此外，有機閃爍體因其合成靈活、低成本等優勢受到關注，但其設計流程復雜、光學穩定性較差，難以適用于長期使用環境。因此，開發兼具高透明度、高光產額、大面積可制造性的X射線閃爍體成為當前研究的關鍵方向。
 

　　研究團隊采用無序組裝策略，在常溫條件下利用溶液法制備出面積達1米×0.5米的大面積氧化鋅量子點(ZnO QDs)閃爍體，該材料具有類玻璃態的高光學均勻性，在可見光范圍內透過率高達96%，打破了傳統閃爍體尺寸與透明度難以兼得的限制。通過優化激子態分布，三重態自陷域激子顯著提升了閃爍發光的貢獻，最終實現大面積高分辨率X射線成像。其空間分辨率高達42 lp/mm，X射線探測最低劑量率為37.6 ± 0.4 nGy/s，顯著低于傳統醫療成像劑量要求；在5000 cm2大面積單次掃描中實現了背包內部器件、生物骨組織等結構的高對比度成像，并完成了24幀/秒的實時動態成像演示。
 

　　研究人員從激發態發光機制上實現了三重態激子的“亮態”利用，提出了“量子點交換不變性”概念，揭示了無序組裝在光學輸出穩定性上的結構優勢，為大面積量子點玻璃態閃爍體的可制造性提供理論依據。該成果不僅在閃爍材料設計、激子調控與高性能輻射成像器件開發方面具有重要科學價值，也為大面積高分辨X射線成像發展提供了材料支撐和技術路徑。
 

　　相關研究成果以“Scalable X-ray scintillators with bright singlet-triplet hybrid self-trapping excitons”為題發表在國際知名物理類期刊《Light: Science & Applications》上。其中，物理學院青年老師宋世玉為論文第一作者，郜超軍高級實驗師為共同第一作者，單崇新教授和劉凱凱教授為共同通訊作者，鄭州大學物理學院為第一完成單位。該工作得到了國家自然科學基金、河南省優秀青年科學基金、中國博士后創新人才支持計劃的資助。
 

ZnO量子點閃爍體的設計、發光和成像