实验室周博教授团队：X射线激活纳米粒子长余辉发光增强及高精度柔性X射线成像应用

基于闪烁的X射线探测技术已广泛应用于无损检测、安全筛查和工业检查。稀土掺杂氟化物纳米晶作为理想的柔性X射线探测膜制造候选材料之一，受到了关注。在其中观察到X射线激活的长余辉发光，使得它们在先进的光学信息存储、治疗诊断和生物组织深度成像方面更具前景。长余辉发光与氟化物晶格中的Frenkel缺陷密切相关。X射线轰击有助于将F−离子从晶格位置移动到间隙位置，并形成与F−相关的Frenkel缺陷，这些缺陷在停止X射线辐照后可以捕获并释放电子。在合成过程中通常会产生羟基，这会抑制F−离子迁移形成Frenkel缺陷，并且还会作为猝灭中心抑制发光。羟基杂质的影响通常被忽视，然而，它们会严重阻碍Frenkel缺陷的形成并猝灭发光。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的周博教授团队通过优化稀土掺杂氟化物纳米晶的合成过程，显著降低纳米晶格中的羟基杂质，促进了X 射线激发下的弗伦克尔缺陷形成，使纳米颗粒的长余辉强度提升4.5 倍，研究成果有助于理解 X射线能量捕获过程，推动光纤存储、柔性成像等领域发展。

通过在合成过程中使用酸酐/酸来减少了纳米晶内部的羟基杂质，不仅提高了X射线激发下的辐照发光强度，还增加了纳米晶Frenkel陷阱的浓度，并显著提高了X射线激活的长余辉发光性能。与未处理的样品相比，羟基最小化的LFNPs的长余辉发光强度提高了4.5倍。对于不同粒径和不同稀土激活剂（包括Pr³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Sm³⁺、Dy³⁺和Tb³⁺）的LFNPs，也观察到类似的增强效应。重要的是，羟基最小化的纳米颗粒长余辉发光性能的提升扩展了对X射线辐照下长余辉发光机制的研究，并为理解氟化物晶格内部Frenkel缺陷的形成提供了新的视角。最终，核壳结构的设计成功实现了在时间尺度上的发射光颜色调节，并进一步展示了它们在高灵敏度和高分辨率下识别和存储光学信息的应用。

图1 降低羟基杂质提升纳米粒子长余辉发光及X射线成像

相关研究成果以“Boosting X-Ray-Activated PersistentLuminescence in Nanoparticles Toward Highly Accurate Flexible X-Ray Imaging andInformation Security”为题发表在Laser & Photonics Reviews上，其中通讯作者为周博教授，第一作者为魏国辉博士生。该研究工作得到了了国家自然科学基金、广州市基础与应用基础研究基金、中国博士后科学基金、发光材料与器件全国重点实验室以及中央高校基本科研业务费专项资金科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202401261