Dans les domaines de l’inspection des matériaux, du diagnostic médical, des découvertes astronomiques et de la recherche scientifique, la demande de méthodes d’imagerie à rayons X haute résolution et ultrastables a déclenché une recherche fervente de matériaux innovants sensibles aux rayons X. Ces matériaux recherchés doivent posséder des qualités exceptionnelles telles qu'une atténuation élevée des rayons X, une scintillation efficace, une dégradation rapide de la lumière et une durabilité robuste.
Parmi eux, les pérovskites à base d’halogénure de plomb sont devenues un concurrent incontournable en raison de leur remarquable efficacité de luminescence, de leurs capacités supérieures d’atténuation des rayons X et de leur courte durée de vie de fluorescence. Cependant, leur application dans le domaine des scintillations est entravée par la toxicité du plomb, un métal lourd (Pb), le faible rendement en photons causé par les effets d'auto-absorption et la mauvaise stabilité de l'irradiation aux rayons X.
Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont recherché des solutions dans les halogénures métalliques zéro dimension (0D) sans plomb, tels que les halogénures à base de cuivre, d'argent, de zirconium et de manganèse. Ces alternatives intrigantes se sont révélées prometteuses en tant que scintillateurs efficaces pour la détection et l'imagerie des rayons X, offrant des rendements de photons élevés, diverses options de composition et de structure et un mécanisme de luminescence unique connu sous le nom d'excitons auto-piégés (STE).
Cependant, un obstacle majeur réside dans la fabrication de ces halogénures métalliques sous forme de films minces ou de tranches, ce qui entraîne une résolution d'imagerie inférieure à la moyenne en raison de la diffusion de la lumière provoquée par les grosses particules et les limites des cristaux. De plus, les halogénures métalliques 0D sans plomb sont confrontés à des défis liés à une mauvaise stabilité, en particulier dans les environnements chauds et humides.
Dans le cadre d'une avancée rapportée dans Advanced Photonics , des chercheurs de l'Université de technologie de Chine du Sud ont développé une approche pionnière qui révolutionne l'imagerie par rayons X. Ils ont réalisé une imagerie radiologique haute résolution et ultra-stable, même dans des conditions exigeantes de température et d’humidité élevées. La clé :le Cs3 sans plomb MnBr5 nanocristaux anti-pérovskite intégrés dans une matrice de verre.
Contrairement aux matériaux pérovskites traditionnels, les anti-pérovskites possèdent une structure distinctive représentée par [MX4 ]XA3 [A =métal alcalin ; M =métal de transition ; et X =chlore (Cl), brome (Br) et iode (I)]. Cette configuration unique comprend un centre de luminescence, le [MX4 ] 2- tétraèdre, niché dans un XA6 tridimensionnel (3D) squelette octaédrique anti-pérovskite. Cette structure réduit considérablement l'interaction du centre de luminescence, favorisant des effets de confinement spatial améliorés et produisant finalement une efficacité quantique et une stabilité de luminescence élevées.
Grâce au processus de cristallisation in situ pendant le recuit, Mn 2+ les ions sont parfaitement intégrés dans la matrice de verre, donnant lieu à des couleurs de luminescence réglables allant du rouge au vert, selon le programme de recuit. De plus, le Cs3 MnBr5 Le verre incrusté de nanocristaux présente une stabilité sans précédent à l'irradiation des rayons X, une stabilité thermique et une résistance à l'eau.
Remarquablement, il présente également une limite de détection de rayons X exceptionnelle (767 nanograys par seconde), une résolution spatiale impressionnante d'imagerie à rayons X (19,1 paires de lignes par millimètre) et une stabilité exceptionnelle d'irradiation de dose de rayons X (5,775 milligrays par seconde).
Ce travail présente un nouveau schéma intrigant qui exploite le potentiel des composites vitreux transparents incorporant des nanocristaux d’halogénure anti-pérovskite sans plomb pour des applications d’imagerie à rayons X haute résolution et ultrastables. Les résultats de cette recherche pourraient servir de catalyseur, stimulant l’exploration et le développement de nouveaux matériaux anti-pérovskites aux halogénures métalliques. En fin de compte, cette découverte ouvre la voie au développement futur de dispositifs d'imagerie à rayons X de nouvelle génération, promettant des avancées transformatrices dans le domaine du diagnostic et de l'imagerie par rayons X.
Plus d'informations : Yakun Le et al, Les composites vitreux transparents incorporant des nanocristaux d'halogénures anti-pérovskite sans plomb permettent une émission accordable et une imagerie à rayons X ultrastable, Photonique avancée (2023). DOI :10.1117/1.AP.5.4.046002
Fourni par SPIE
