近日，华南理工大学物理与光电学院黄雄健副教授报道了一种基于钙钛矿量子点的闪烁玻璃光纤，该光纤不仅具有高效的辐射发光性能，还能作为低损耗波导，实现长距离和水下X射线探测。此外，这些闪烁玻璃光纤可以排列成光纤阵列面板，用于X射线像素化成像。这项研究以“Scintillating Glass Fiber Arrays Enable Remote Radiation Detection and Pixelated Imaging”为题发表在Advanced Materials上。
基于闪烁体的电离辐射探测广泛应用于核科学、诊断成像、无损检测和国家安全等领域。闪烁体通过光电效应、康普顿散射和对产生效应将高能光子（如X射线或伽马射线）转化为可见光辐射，后者可以被光电倍增管或光电探测器捕捉。闪烁体材料的辐射衰减系数与其重原子成分密切相关，这对于避免X射线对探测器的损害至关重要。闪烁体应具备以下性能，包括高辐射吸收、高效的辐射发光、短的光衰减寿命和长期稳定性。金属卤化物钙钛矿基闪烁材料能够满足这些要求，可用于高灵敏度的辐射探测和高分辨率辐射成像。为了充分吸收X射线并防止对光电探测器的损害，钙钛矿闪烁材料需要具有较大厚度。然而，厚的钙钛矿闪烁材料存在重吸收与光散射问题。有研究表明，取向生长的CsI:Tl晶片能够通过光纤状晶体中的全内反射引导光传播，从而有效减少光散射并提高X射线成像的空间分辨率。然而，高质量光纤状钙钛矿单晶的大规模生产仍然是一个重大挑战。
闪烁光纤同时结合了辐射诱导发射与光导传播性能，能够实现远距离和实时的辐射探测。此外，闪烁光纤可以排列成光纤板，用于辐射成像。光信号沿光纤轴向传播可以增大辐射吸收但不降低成像分辨率。无机材料的特性使得玻璃光纤在辐射监测中能够抵抗恶劣条件的影响。
本研究通过“管内熔融法”光纤拉制技术研制了具有高效辐射诱导发光和低损耗光导性能的钙钛矿量子点玻璃光纤，这使得远程实时辐射检测和像素化成像成为可能。与传统的商业块体闪烁材料相比，这些闪烁玻璃光纤具有多个优势：快速响应、多色发光、高强度和水耐受性，可实现在恶劣环境下（包括水下和密闭空间）的非接触式实时辐射探测。更重要的是，这些闪烁玻璃光纤可以排列成具有可控厚度和长度的密集光纤阵列，用于远程X射线成像和传像应用。这项研究为远程辐射光纤探测器和成像仪的开发提供了新思路，具有广泛的应用前景。
论文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202405499
（图文/黄雄健）
