石墨烯-鈣鈦礦新型X射線探測器問世

  • 2021-02-21 09:46
  • 來源: 科技日報

  據物理學家組織網17日消息,瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員通過使用3D氣溶膠噴射打印,開發了一種生産高效X射線探測器的新方法。這種新型探測器可以很容易地集成到標準微電子設備中,從而大大提高了醫療成像設備的性能。研究成果發表在美國化學學會科學月刊《ACS Nano》上。

  這種新型探測器是由洛桑聯邦理工學院基礎科學學院福羅帶領的研究小組研發的,其由石墨烯和鈣鈦礦組成。利用瑞士電子學與微電子科技中心的氣溶膠噴射打印設備,研究人員在石墨烯基底上3D打印鈣鈦礦層。其想法是,在設備中,鈣鈦礦充當光子探測器和電子放電器,而石墨烯則放大輸出的電信號。

  此外,報道稱,研究人員使用了甲基碘化鉛鈣鈦礦,由于其引人入勝的光電性能以及低廉的制造成本,最近這種鈣鈦礦備受關注。

  該研究小組的化學家恩德雷·霍瓦特説:“這種鈣鈦礦含有重原子,這為光子提供了高散射截面,因此使其成為X射線探測的完美候選材料。”

  結果表明,這種方法生産的X射線探測器具有破紀錄的高靈敏度——比同類最佳醫學成像設備提高了4倍。

  “通過使用帶有石墨烯的光伏鈣鈦礦,對X射線的響應大大增加。”福羅説,“這意味著,如果我們在X射線成像中使用這兩者的組合材料,成像所需的X射線劑量可以減少1000多倍,從而降低這種高能電離輻射對人體健康的危害。”

  福羅説,鈣鈦礦-石墨烯探測器的另一個優點是它不需要精密的光電倍增管或復雜的電子設備,因此它讓醫學成像變得很簡單。

  報道稱,該項研究中使用的氣溶膠噴射打印技術是一種相當新穎的技術,可用于制造3D打印的電子元件,如電阻、電容、天線、傳感器和薄膜晶體管,甚至還可在特定基材上打印電子産品,如手機外殼。

  除了X光照片外,X射線醫療用途還包括透視、癌症放射治療和電子計算機斷層掃描。而這種新型探測器易于合成,應用領域更加前沿,可廣泛應用于太陽能電池、LED燈、激光器和光電探測器等。

  總編輯圈點

  鈣鈦礦為人們熟知的應用是制造超高效光伏電池,有時也在晶體管和LED照明等方面發揮優勢。不過,其還擁有一項非凡潛力——作為X射線探測器的材料。這是其優異的載流子輸運特性和重原子組成架構決定的,相比現有的X射線成像儀,基于鈣鈦礦化合物的探測器更靈敏且功耗更低,它出色的電荷輸運特性以及結構特性,已經被證明是實現直接X射線轉換的理想選擇。可以預料,在進一步優化後,未來X射線探測器的靈敏度更將輕松上升一個量級。

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責任編輯:李倩 李國棟

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