Advanced Science:一种高效无自吸收胶体纳米晶闪烁体

铅基卤素钙钛矿纳米晶因具有荧光量子产率高(~100%),发射线宽窄(12~42 nm),色域广(~140% NTSC),低成本溶液工艺制备等优点,而被广泛应用于发光二极管,太阳能电池,光电探测器等光电器件领域。此外,全无机钙钛矿纳米晶作为闪烁体在X射线探测与成像领域也展现出巨大的应用潜力。相较于传统闪烁体,纳米晶闪烁体具有低成本、适合于制备大面积、柔性闪烁体的优势,成为极具发展前景的下一代闪烁体。然而,有毒元素铅的存在阻碍了钙钛矿纳米晶光电器件的商业化发展;其次,由于铅卤钙钛矿纳米晶的斯托克斯位移小,存在严重的自吸收现象,导致其光耦合输出效率低。因此,发展无毒且斯托克斯位移大、荧光量子产率高的胶体纳米晶成为该应用的研究热点与难点。

华中科技大学的张建兵课题组采用热注入方法,通过引入生长抑制剂,合成了全无机Cs3Cu2X5(X = Cl, Br, I)胶体纳米晶。源于零维晶格结构,这些Cs3Cu2X5纳米晶展现出自限域激子发光,拥有较大的斯托克斯位移,无自吸收。其中Cs3Cu2I5纳米晶的荧光量子产率高达73.7%,发光中心波长位于445 nm,且展现出良好的空气稳定性。鉴于高效的光致发光、发光峰与光电倍增管的响应峰匹配、无自吸收、有效原子序数高、不含高毒性元素等优势,Cs3Cu2I5纳米晶是良好的闪烁体材料。研究表明,Cs3Cu2I5纳米晶的光产额是CsPbBr3纳米晶的3.8倍,高达79279 photons/MeV。通过简单的滴涂成膜、借助手机摄像头,获得了清晰的X射线成像,展现出良好的应用潜力。

该工作表明具有自限域激子发光的胶体纳米晶是良好的闪烁体材料,有望应用于下一代大面积、柔性X射线成像。相关工作以“Efficient and Reabsorption-Free Radioluminescence in Cs3Cu2I5 Nanocrystals with Self-Trapped Excitons”为题,在线发表在Advanced Science (DOI:10.1002/advs.202000195)上。论文第一作者为华中科技大学博士生连霖源。该工作得到唐江教授团队的大力支持。