En los ámbitos de la inspección de materiales, el diagnóstico médico, los descubrimientos astronómicos y la investigación científica, la demanda de métodos de obtención de imágenes de rayos X ultraestables y de alta resolución ha desencadenado una ferviente búsqueda de materiales innovadores que respondan a los rayos X. Estos materiales tan buscados deben poseer cualidades excepcionales, como una alta atenuación de los rayos X, un centelleo eficiente, una rápida decadencia de la luz y una gran durabilidad.
Entre ellas, las perovskitas basadas en haluros de plomo se han convertido en un contendiente convincente debido a su notable eficiencia de luminiscencia, capacidades superiores de atenuación de rayos X y corta vida útil de la fluorescencia. Sin embargo, su aplicación en el campo del centelleo se ve obstaculizada por la toxicidad del metal pesado plomo (Pb), el bajo rendimiento de fotones causado por los efectos de autoabsorción y la escasa estabilidad de la irradiación de rayos X.
Para superar estos desafíos, los investigadores han buscado soluciones en haluros metálicos de dimensión cero (0D) sin plomo, como los haluros a base de cobre, plata, circonio y manganeso. Estas interesantes alternativas se han mostrado prometedoras como centelleadores eficaces para la detección e imágenes de rayos X, con altos rendimientos de fotones, diversas opciones de composición y estructura, y un mecanismo de luminiscencia único conocido como excitones autoatrapados (STE).
Sin embargo, un obstáculo importante reside en la fabricación de estos haluros metálicos como películas u obleas delgadas, lo que da como resultado una resolución de imagen deficiente debido a la dispersión de la luz causada por partículas grandes y límites cristalinos. Además, los haluros metálicos 0D sin plomo enfrentan desafíos relacionados con una estabilidad deficiente, particularmente en ambientes cálidos y húmedos.
En un avance publicado en Advanced Photonics , investigadores de la Universidad Tecnológica del Sur de China desarrollaron un enfoque pionero que revoluciona las imágenes de rayos X. Lograron imágenes de rayos X ultraestables y de alta resolución incluso en condiciones exigentes de alta temperatura y humedad. La clave:Cs3 sin plomo MnBr5 Nanocristales antiperovskita incrustados dentro de una matriz de vidrio.
A diferencia de los materiales de perovskita tradicionales, las antiperovskitas poseen una estructura distintiva representada como [MX4 ]XA3 [A =metal alcalino; M =metal de transición; y X =cloro (Cl), bromo (Br) y yodo (I)]. Esta configuración única presenta un centro de luminiscencia, el [MX4 ] 2- tetraedro, ubicado dentro de un XA6 tridimensional (3D) Esqueleto octaédrico antiperovskita. Esta estructura reduce significativamente la interacción del centro de luminiscencia, fomentando efectos de confinamiento espacial mejorados y, en última instancia, produciendo una alta eficiencia cuántica y estabilidad de luminiscencia.
A través del proceso de cristalización in situ durante el recocido, Mn 2+ Los iones se integran perfectamente en la matriz de vidrio, dando lugar a colores de luminiscencia ajustables que van del rojo al verde, según lo dicta el programa de recocido. Además, el Cs3 MnBr5 El vidrio con nanocristales exhibe una estabilidad incomparable a la irradiación de rayos X, estabilidad térmica y resistencia al agua.
Sorprendentemente, también cuenta con un límite de detección de rayos X excepcional (767 nanograys por segundo), una impresionante resolución espacial de imágenes de rayos X (19,1 pares de líneas por milímetro) y una excelente estabilidad de irradiación de dosis de rayos X (5,775 miligrays por segundo).
Este trabajo presenta un nuevo e intrigante esquema que aprovecha el potencial de los compuestos vítreos transparentes que incorporan nanocristales de haluro antiperovskita sin plomo para aplicaciones de imágenes de rayos X ultraestables y de alta resolución. Los resultados de esta investigación podrían servir como catalizador, estimulando una mayor exploración y desarrollo de nuevos materiales antiperovskitas de haluros metálicos. En última instancia, este descubrimiento allana el camino para el desarrollo futuro de dispositivos de imágenes por rayos X de próxima generación, que prometen avances transformadores en el campo del diagnóstico y la imagen por rayos X.
Más información: Yakun Le et al, Los compuestos vítreos transparentes que incorporan nanocristales de haluro antiperovskita sin plomo permiten una emisión sintonizable y una obtención de imágenes de rayos X ultraestables, Fotónica avanzada (2023). DOI:10.1117/1.AP.5.4.046002
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