美國(guó)Los Alamos 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和 Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)了第一款自供電X射線探測(cè)器

百倍靈敏度、革命性的新型X射線探測(cè)器

即使在x射線被發(fā)現(xiàn)125年之后(即2020年)，圍繞x射線技術(shù)設(shè)備的發(fā)展還遠(yuǎn)未結(jié)束。目前，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)了第一個(gè)不需要外部能量的x射線探測(cè)器。

新的鈣鈦礦探測(cè)器不需要外部電源產(chǎn)生電信號(hào)響應(yīng)x射線。該探測(cè)器用鈣鈦礦薄膜結(jié)構(gòu)取代了硅基技術(shù)，其靈敏度是傳統(tǒng)硅基探測(cè)器的100倍。由于大大減少輻射劑量和相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)，它使低劑量牙科和醫(yī)學(xué)成像成為可能，并正在徹底改變醫(yī)學(xué)成像。

2020年4月20日，新墨西哥州洛杉磯洛斯阿拉莫斯——一個(gè)新的X射線探測(cè)器原型即將帶來變革性的醫(yī)學(xué)成像，大大減少了輻射暴露和相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員之間的合作，還提高了安全掃描儀和研究應(yīng)用的分辨率。

洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Oppenheimer博士后研究員Hsinhan（Dave）Tsai說：“探測(cè)器原型核心的鈣鈦礦材料可以用低成本的制造技術(shù)來生產(chǎn)。” “其結(jié)果是一種經(jīng)濟(jì)高效，高度靈敏且自供電的探測(cè)器，可以從根本上改善現(xiàn)有的X射線探測(cè)器，并有可能帶來許多不可預(yù)見的應(yīng)用?！?/span>

該探測(cè)器用鈣鈦礦薄膜構(gòu)建結(jié)構(gòu)取代了硅基技術(shù)，其靈敏度是傳統(tǒng)硅基檢測(cè)器的100倍。此外，新型鈣鈦礦探測(cè)器不需要外部電源來產(chǎn)生響應(yīng)X射線的電信號(hào)。

對(duì)于牙科和醫(yī)學(xué)圖像，高靈敏度的鈣鈦礦探測(cè)器僅需要常規(guī)X射線成像所需的很小一部分曝光計(jì)量。減少曝光計(jì)量可降低患者和醫(yī)務(wù)人員的輻射風(fēng)險(xiǎn)。鈣鈦礦探測(cè)器可以做得很薄，這使它們能夠提供更高的分辨率以獲得非常清晰的圖像，這將改善醫(yī)學(xué)評(píng)估和診斷的效率。更低的能耗和更高分辨率的探測(cè)器也會(huì)給安全掃描儀和X射線研究應(yīng)用帶來革命性的變化。

由于鈣鈦礦富含鉛和碘等重元素，可以很好的解決X射線很容易穿過硅而不被探測(cè)到問題，鈣鈦礦探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線的高效率探測(cè)。因此，鈣鈦礦的性能明顯優(yōu)于硅，特別是在檢測(cè)高能X射線方面。當(dāng)要在像同步輻射光源之類的高能研究設(shè)施中監(jiān)測(cè)X射線時(shí)，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

通過噴涂固化溶液，可以在表面沉積鈣鈦礦薄膜，并將材料的薄層留在后面。因此，薄層探測(cè)器將比硅基檢測(cè)器更容易和更便宜，硅基檢測(cè)器需要在真空條件下進(jìn)行高溫金屬沉積

said Tsai 提到“我們可能會(huì)使用噴墨式系統(tǒng)來打印大型探測(cè)器?！?/span> “這將使我們能夠用廉價(jià)、高分辨率的鈣鈦礦替代品取代價(jià)值50萬(wàn)美元的硅探測(cè)器陣列?！?/span>

除了在X射線探測(cè)器中使用薄層鈣鈦礦外，如果厚層中包含一個(gè)低電壓源，也可以很好地工作。這表明它們的有效能量探測(cè)范圍可以從X射線擴(kuò)展到低能伽馬射線。

參考文獻(xiàn)：

Hsinhan Tsai, Fangze Liu, Shreetu Shrestha, Kasun Fernando, Sergei Tretiak, Brian Scott, Duc Ta Vo, Joseph Strzalka, Wanyi Nie. A sensitive and robust thin-film x-ray detector using 2D layered perovskite diodes. Science Advances, 2020; 6 (15): eaay0815 DOI: 10.1126/sciadv.aay0815.