透明玻璃态杂化金属卤化物闪烁屏实现高分辨率快中子成像

研究人员针对传统快中子闪烁屏存在的光散射和分辨率受限问题，开发了一种基于(BTPP)1.8(HTPP)0.2MnBr4的透明玻璃态闪烁屏。该材料通过温度依赖的有序-无序转变，实现了>70%的可见光透过率、85.54%的光致发光量子产率(PLQY)及3倍于商用ZnS(Ag):PP的亮度输出，空间分辨率达5 lp mm-1，可清晰呈现高密度物体内部结构，为无损检测提供了新方案。

　　

快中子成像技术因其极强的穿透能力，在航空航天、核工业等领域具有不可替代的优势。然而，传统闪烁屏如ZnS(Ag):PP因光散射严重导致成像模糊，有机闪烁体又面临制备困难、成本高昂等问题。如何突破材料限制，实现高分辨率快中子成像，成为该领域亟待解决的科学难题。

内蒙古大学的研究团队创新性地设计了一种透明玻璃态杂化金属卤化物闪烁屏(BTPP)_1.8(HTPP)_0.2MnBr₄。该材料通过三苯基膦阳离子的高空间位阻效应和熔融淬火技术，形成无序分子排列的玻璃态结构，兼具高氢密度（68.92-87.09 kg m^-3）和[MnBr₄]^2-发光中心。研究通过温度依赖XRD、分子动力学模拟揭示了其可逆的玻璃-晶体转变机制，在110℃发生结晶（T_c），150℃熔融（T_m）。

关键技术包括：1）溶剂自由熔融淬火法制备大面积透明屏；2）Geant4模拟中子能量沉积过程；3）标准钢缝板测试空间分辨率；4）中国原子能研究院2.69 MeV快中子源成像实验。

结果部分
透明快中子闪烁屏的设计：单组分结构整合了三苯基膦（BTPP⁺/HTPP⁺）的氢核俘获能力与[MnBr₄]^2-的发光特性，避免了传统双组分材料的能量损失。

性能优化：掺杂不同链长阳离子（HTPP⁺/DTPP⁺）后，材料弯曲强度提升至15.3 MPa（CTPP掺杂），同时保持525 nm绿色发射（FWHM=59 nm）。10次熔融循环后PLQY稳定性达85.54%。

玻璃-晶体可控转化：DSC显示109.85℃结晶放热峰和136.85℃熔融吸热峰。AIMD模拟证实1600 K熔态淬火后形成无序玻璃态（Lindemann比率>15%），而360 K退火恢复晶体有序性。

高分辨率成像：1.8 mm厚闪烁屏光输出达ZnS(Ag):PP的3倍，分辨0.1 mm缝隙（5 lp mm^-1）。对不锈钢水热反应器的成像清晰显示聚四氟乙烯衬里分层结构，性能远超热中子/X射线CT。

该研究通过分子工程和相态调控，解决了快中子成像中分辨率与亮度的矛盾，为重大装备无损检测提供了变革性工具。材料可循环再熔的特性（10次循环PLQY保持率>99%）进一步提升了实用性，相关成果发表于《Nature Communications》。