闪烁体(Scintillator)是一类能够将高能辐射（如X射线、γ射线和粒子束等）转化为低能可见光、紫外光或近红外光的材料。这些材料在辐射探测、医学影像、核物理研究以及安防监控等领域具有广泛应用。然而，传统的无机闪烁体在制造工艺、成本控制、环境适应性以及柔性器件集成性方面存在诸多挑战。近年来，已有研究将所开发的无机纳米闪烁体应用于生物诊疗和柔性辐射成像，但其较低的辐射发光强度和光产额极大地限制了相关技术的进一步发展。相比之下，有机闪烁体凭借其轻量化、柔性、生物兼容性以及成本效益等优势，逐渐成为该领域的研究热点。然而，有机闪烁体却面临较低的高能射线吸收能力，较差的辐照稳定性，较强的自吸收及较高的暗三重态能量损失等难题。
近日，我校覃弦教授联合新加坡国立大学刘小钢院士、厦门大学吴艺明教授团队，在国际顶尖期刊《Nature Photonics》发表了题为“Ultrabright molecular scintillators enabled by lanthanide-assisted near-unity triplet exciton recycling”的研究性论文。
该研究开发了一系列二价和三价的稀土配合物闪烁体，通过调控有机配体的三线态能量，实现了配体与稀土离子间的高效能量传递，成功将配体暗三重态能量的利用率提升至近100%，使得这些稀土配合物的辐射发光较已报道的有机闪烁体或已商业化的无机闪烁体高出几个数量级。通过选择合适的稀土离子和有机配体组合，研究团队成功将这些稀土配合物的发光波长从紫外调整至近红外区间，发光寿命则从几十纳米延长至几百微秒。更为重要的是，机理研究表明，基于f-f跃迁发射的稀土配合物闪烁效率主要受到有机配体对二次射线的宽谱吸收能力以及稀土离子对暗三重态能量的回收效率的影响，而基于d-f跃迁发射的稀土配合物辐射发光则主要取决于稀土离子对二次射线的直接捕获能力。该研究还表明，这些稀土配合物闪烁体不仅适用于高分辨率的柔性X射线成像，还能在X射线介导的光动力治疗中发挥重要作用。此次研究揭示了闪烁性能与三线态激子利用率之间的内在联系，为高性能有机闪烁体的设计与开发提供了新的思路。
我校覃弦教授为该论文共同通讯作者，该研究得到福建师范大学引进人才启动基金的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01586-w
