Многие представляют себе рентгеновские лучи как технологию, используемую врачами для выявления переломов. Однако эта технология имеет огромное значение и в других областях, таких как безопасность в аэропортах, производство, контроль качества и научные исследования. В каждой из этих сфер есть свои критерии для размера и формы.
Команда под руководством профессора химии и биохимии Университета штата Флорида Биву Ма разработала новую форму рентгеновских материалов, которая может удовлетворить потребности в приложениях для больших площадей. Они заменили сложные кристаллические структуры на адаптируемый и масштабируемый тонкоплёночный детектор. Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie International Edition.
«Мы взяли материал, который разработали, и усовершенствовали его», — сказал Ма. «Эта новая форма может быть изготовлена надёжно и быстро, предоставляя конечным пользователям новый способ внедрения рентгеновского обнаружения в их работу».
Новаторство в области материалов
Ма и его группа являются пионерами в области материалов, известных как нульмерные органические галогениды металлов и их гибриды (0D OMHH). Эти материалы сочетают органические компоненты с неорганическими галогенидами металлов. Их гибридная форма позволяет учёным и инженерам использовать лучшие свойства обоих компонентов, обеспечивая недорогие, настраиваемые и высокоэффективные материалы для прямого рентгеновского обнаружения.
В предыдущих исследованиях группа показала, как одномерные кристаллы OMHH можно использовать для рентгеновских детекторов. Однако их масштабируемость ограничена медленным и сложным процессом выращивания кристаллов.
В новой работе команда Ма разработала аморфные плёнки OMHH — миллиметровые листы органических галогенидов металлов, которым можно придать любую форму. Эти плёнки можно легко изготовить в виде детекторов большой площади и нестандартной формы, что позволяет более широко использовать их в таких областях, как астрономия, материаловедение и медицинская визуализация.
«Если врач хочет сделать рентгеновский снимок грудной клетки человека, важно иметь детектор, достаточно большой, чтобы покрыть всю область для получения точного изображения», — сказал Ма. «Выращивание монокристаллов такого размера чрезвычайно сложно. Наш новый подход и этот новый аморфный плёночный материал позволяют создавать гораздо более крупные и универсальные рентгеновские детекторы для широкого спектра применений».
Применение в различных областях
0D OMHH состоят из положительно заряженных органических катионов, ионно связанных с отрицательно заряженными галогенидами металлов, образуя структуры с высоконастраиваемыми свойствами. Эти материалы уже показали свою перспективность в таких приложениях, как светоизлучающие диоды (LED), борьба с подделками и других.
В этом исследовании команда создала аморфные плёнки путём объединения некристаллических органических молекул с галогенидами металлов, что позволило эффективно преобразовывать рентгеновские лучи в электрические сигналы для формирования изображений. Как и монокристаллы, аморфные плёнки также демонстрируют высокую чувствительность, низкие пределы обнаружения и отличную стабильность, что усиливает их потенциал для широкого применения в конструкции детекторов.
Рентгеновские лучи имеют решающее значение в таких областях, как медицинская диагностика, включая рентгенографию и флюороскопию, а также в неразрушающем промышленном контроле, где они используются для проверки сварки, обнаружения трещин в материалах и проверки целостности конструкций.
Значение работы
«Значение этой работы заключается в обеспечении возможности промышленной обработки для обнаружения на больших площадях, что имеет решающее значение для применимости материала», — сказал председатель кафедры химии и биохимии Вэй Ян. «Эта работа является значительным шагом в высокоинновационных усилиях, начатых Биву, которые демонстрируют уникальную силу нашего отдела в этой перспективной области».
В апреле в Бюро по патентам и товарным знакам США была подана предварительная патентная заявка под названием «Прямые рентгеновские детекторы на основе аморфных нульмерных органических галогенидов металлов и их гибридных плёнок, полученных в растворе». Ма также находится в процессе запуска компании с отраслевым партнёром для коммерциализации технологий, разработанных его группой, включая этот новый способ облегчения рентгеновских технологий.
«С момента первой публикации об этих материалах почти десять лет назад я работал с коллегами над расширением границ их применения», — сказал Ма. «Мы считаем 0D OMHH универсальными и мощными, способными предложить лучшую альтернативу во многих областях».
Предоставлено:
Florida State University