一种新型二维极化钙钛矿闪烁体实现高光产额与超快衰减
2026-03-04 07:39阅读：
一种新型二维极化钙钛矿闪烁体实现高光产额与超快衰减
信息来源：北京师范大学物理与天文学院， 责编：侯卫娜
审核：高鹤 |
2026-03-01
闪烁体是辐射探测与医学影像领域的核心材料，可将不可见的X射线、γ射线等转化为可见光子。然而，传统闪烁体难以同时实现高光产额与超快衰减，制约了其在快速动态成像、惯性约束聚变诊断等前沿领域的应用。
近日，北京师范大学物理与天文学院离子束课题组博士生鲍子臻与多所高校及科研机构合作，在二维有机-无机杂化钙钛矿闪烁体研究中取得重要突破。该团队创新性地利用自发极化策略，设计并合成了一种新型二维极化钙钛矿闪烁体(4-aminomethyl-1-cyclohexanecarboxylate)2PbBr4(简称APB)，成功实现了高达19
660 ± 310光子/MeV的光产额与0.90 ns的超快衰减时间，
二者性能均达到国际领先水平。相关研究论文“Bright 2D Polar Perovskite Scintillator with
Ultrafast Decay by Suppressing Free Carrier
Recombination”在2026年1月发表于国际综合学术期刊《Advanced Materials》。
研究团队通过引入具有羧基的双功能有机分子，打破了晶体结构的中心对称性，成功构建了具有自发极化特性的二维钙钛矿。这种自发极化产生的内置电场，能有效抑制自由载流子的非辐射复合，促使更多光生电子-空穴对形成激子，从而显著提升辐射发光效率。同时，增大的有机阳离子层间距增强了介电屏蔽效应，加速了非辐射复合过程，共同实现了亚纳秒级的超快闪烁衰减（图1c）。
图1.
(a)二维钙钛矿闪烁体中自由载流子与激子复合类型示意图；(b)通过打破反演对称性与自发极化来抑制自由载流子复合、提升光产额的策略；(c)各类超快闪烁体的衰减时间与光产额总结。
性能表征显示，APB单晶在662 keV γ射线激发下的光产额达到19660 ±
310光子/MeV，在α粒子激发下的光输出是非极化对照样品CPB的2.96倍。其光致发光量子产率(PLQY)也显著高于对照样品。时间分辨光谱分析表明，APB的平均衰减时间仅为0.90
± 0.004纳秒，优于绝大多数传统及钙钛矿闪烁体。
图2. (a)
CPB（上）与APB（下）的PL光谱；(b)CPB（上）与APB（下）的RL光谱；(c)PPB、CPB和APB单晶的时间分辨PL光谱；(d)EJ-200、CPB和APB闪烁体在α粒子激发下的光产额对比。
基于APB闪烁体优异的综合性能，该研究团队成功展示了其在快中子成像与闪光X射线成像中的应用潜力。在快中子成像中，APB获得了高达2.4
lp/mm的空间分辨率，为已报道快中子闪烁体中的最高值。在动态X射线成像中，APB实现了31
lp/mm的高空间分辨率，并因其极短衰减时间，几乎无余辉，特别适用于快速动态过程捕捉(图3h)。此外，APB在正电子发射断层扫描(PET)应用中也展现出卓越潜力，其符合时间分辨率(CTR)达到148皮秒，显著优于商用LYSO闪烁体。
图3.(a)快中子成像实验示意图；(b)APB在不同能量单能中子激发下的脉冲高度谱；(c)APB单晶的快中子成像空间分辨率测试；(d)从不同分辨率图中提取的灰度值曲线。(e)APB的调制传递函数曲线；(f)不同中子闪烁体的空间分辨率对比；(g)APB对轻材料(聚乙烯字母F)的快中子成像结果；(h)APB对胶囊内金属模型的X射线动态成像照片；(i)APB与商用LYSO闪烁体的符合时间分辨率对比。
该研究不仅为开发兼具高光产额与超快衰减的新型闪烁体材料提供了全新的设计思路与理论依据，也展现了二维极化钙钛矿在高速、高灵敏度辐射探测与成像领域的广阔应用前景，将为惯性约束聚变诊断、无损检测、生物医学成像及核安全监测等技术发展提供关键材料支撑。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202517639
