近日，兰州大学研究团队在生物友好型X射线探测技术领域取得了系列进展。该团队利用具有生物友好特性的无金属全有机钙钛矿材料，结合理论模拟计算和实验验证，提高材料稳定性及器件性能。相关论文先后发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）及《先进材料》（Advanced Materials）等国际期刊。
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据了解，具有生物友好特性的无金属全有机钙钛矿材料在制备方法上不引入毒性金属离子，并兼容无毒绿色水溶液制备方法。该类材料不仅具有有机材料的柔性、化学多样性、轻质和结构可调性等优点，而且兼具了金属卤化物的可调带隙、独特的晶体填充和长载流子扩散长度等优良物理。
此外，该类材料拥有和人体相近的元素及密度，较为适合代替人体开展生物组织相关验证。因此，近年被广泛发掘并积极应用于X射线探测领域。然而，X射线具有强穿透性，并会在材料照射位点引起局部温度升高等不利器件稳定的因素。因此，改善X射线辐照下该类材料的稳定性及器件性能是亟待解决的关键科学问题。
团队初期设计开发了结晶水型多氢键无金属哌嗪类全有机钙钛矿材料，通过提升晶格硬度来实现X射线辐射容忍度优化，并增加扩散屏障实现抑制离子迁移。同时，团队制备了柔性、高灵敏度X射线探测器，并展示其在像素化矩阵柔性成像领域的应用前景。
研究团队负责人靳志文教授告诉《中国科学报》，团队后续还通过积极探索材料新组分，实现分子内氢键数目及强度的提高，进一步提升材料及器件稳定性。同时，通过强电负性的含氟赝卤化物组分引入，优化分子间作用力，也可以在一定程度上提升材料的稳定性。
他们认为后续可以在晶体质量调控方面下功夫。通过对无金属全有机钙钛矿材料晶体质量及制备流程的优化，获得大尺寸、无裂纹的高质量晶体，有利于减少材料内部缺陷，并提高材料及器件性能。
目前，无金属全有机钙钛矿材料正处于一个发展初期，是一个较新的研究领域。近年来被积极的探索应用于铁电特性、非线性光学研究、X射线探测及各向异性发光等领域研究。未来可能发挥其绿色环保方面优势，拓展柔性可穿戴等领域应用化发展。
兰州大学供图
https://doi.org/10.1002/anie.202207198;
https://doi.org/10.1002/anie.202218349;
https://doi.org/10.1002/adma.202300480.
