近日，南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、有機(jī)電子與信息顯示國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃維院士、陳潤(rùn)鋒教授與陶冶教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合福州大學(xué)陳秋水教授團(tuán)隊(duì)，在有機(jī)自由基閃爍體材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展，通過(guò)將純有機(jī)發(fā)光自由基作為閃爍體，有效避開(kāi)了暗三線(xiàn)態(tài)激子引起的激子利用低的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了高效的X射線(xiàn)輻射發(fā)光性能和納秒級(jí)的輻射發(fā)光壽命，相關(guān)成果以“Efficient Metal Free Organic Radical Scintillators”為題在Nature Communications《自然·通訊》上發(fā)表。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝高瞻副教授、陶冶教授、黃維院士和福州大學(xué)陳秋水教授為共同通訊作者，碩士生羅安晟為論文第一作者。東南大學(xué)羅守華教授在醫(yī)用顯微CT成像方面給予了大力支持。
有機(jī)X射線(xiàn)閃爍體材料具有結(jié)構(gòu)易修飾、可柔性、成本低、毒性小等優(yōu)點(diǎn)，在X射線(xiàn)成像、輻射檢測(cè)和光動(dòng)力治療等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，近年來(lái)一直是材料化學(xué)界的研究熱點(diǎn)。但現(xiàn)存的有機(jī)X射線(xiàn)閃爍體材料都為閉殼分子，其在X射線(xiàn)輻射下會(huì)產(chǎn)生25%可以輻射發(fā)光的單線(xiàn)態(tài)激子和75%難以輻射發(fā)光的三線(xiàn)態(tài)激子，存在激子利用率低和發(fā)光壽命長(zhǎng)等問(wèn)題。因此，如何設(shè)計(jì)制備兼具高激子利用率和短輻射發(fā)光壽命的有機(jī)X射線(xiàn)閃爍體材料仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出將開(kāi)殼型有機(jī)發(fā)光自由基作為閃爍體，設(shè)計(jì)制備了兩種鹵代三苯甲基發(fā)光自由基（圖1）。該類(lèi)自由基OXSTs材料在X射線(xiàn)激發(fā)下只形成躍遷允許的雙線(xiàn)態(tài)激子，理論上可以實(shí)現(xiàn)100%的激子利用效率，并且它們表現(xiàn)出強(qiáng)的X射線(xiàn)吸收、優(yōu)異的X射線(xiàn)輻射發(fā)光穩(wěn)定性和納秒級(jí)的輻射發(fā)光壽命(?18 ns)，其X射線(xiàn)輻射發(fā)光性能可以與經(jīng)典閉殼型OXSTs材料相媲美。良好的X射線(xiàn)輻射發(fā)光性能使得這類(lèi)自由基OXSTs材料不僅可用于X射線(xiàn)照相術(shù)中對(duì)各種物體進(jìn)行對(duì)比成像，還適用于醫(yī)學(xué)高分辨率顯微CT成像系統(tǒng)，對(duì)竹簽的纖維脈絡(luò)進(jìn)行清晰成像（圖2）。該研究工作不僅證實(shí)了純有機(jī)發(fā)光自由基作為高效閃爍體的可能性，也為有機(jī)閃爍體材料在X射線(xiàn)成像中的商業(yè)化應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
圖1 有機(jī)X射線(xiàn)閃爍體輻射發(fā)光機(jī)理及其有機(jī)自由基閃爍體分子結(jié)構(gòu)
圖2 有機(jī)自由基閃爍體薄膜及其X射線(xiàn)成像應(yīng)用
該工作同時(shí)得到了柔性電子基礎(chǔ)科學(xué)中心、國(guó)家優(yōu)秀青年基金、有機(jī)電子與信息顯示國(guó)重主任基金，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題及南京郵電大學(xué)“華禮人才”支持計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
（撰稿：陶冶 初審：高志華 戴修斌 編輯：王存宏 審核：張豐）