锰掺杂消除Cs2ZrCl6纳米晶非辐射缺陷实现高分辨率X射线成像

为解决Cs2ZrCl6纳米晶因氯空位缺陷导致光致发光量子效率(PLQY)和光产额(LY)低的问题，研究人员通过锰掺杂策略成功制备出PLQY达98.6%、LY达79,000 photons MeV?1的缺陷抑制型闪烁体薄膜，其X射线检测限低至35.6 nGyair s?1，空间分辨率高达20 lp mm?1，为无铅钙钛矿缺陷调控提供了新范式。

　　

在X射线成像领域，无铅钙钛矿材料因环境友好特性备受关注，但Cs₂ZrCl₆纳米晶固有的氯空位缺陷导致其光致发光量子效率(PLQY)和光产额(LY)低下，严重制约实际应用。针对这一瓶颈问题，来自深圳大学的研究团队通过锰掺杂工程成功制备出具有近unity效率的新型闪烁体材料，相关成果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。

研究采用水热合成结合锰掺杂技术，通过X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和时间分辨荧光光谱等表征手段，结合密度泛函理论(DFT)计算，系统分析了缺陷消除机制。

【晶体结构与形貌表征】XRD显示Mn掺杂引起晶格膨胀，STEM-EDS证实Mn²⁺成功取代Zr⁴⁺位点，同步消除氯空位缺陷。
【光学性能提升】稳态荧光测试显示掺杂样品PLQY提升至98.6%，光产额达79,000 photons MeV^?1，时间分辨荧光证实非辐射复合通道被有效抑制。
【缺陷机制解析】DFT计算揭示氯空位会在带隙中引入深能级缺陷态，而Mn²⁺掺杂可填充这些陷阱态，促进辐射复合。
【X射线成像应用】制备的柔性闪烁体薄膜实现35.6 nGy_air s^?1的超低检测限和20 lp mm^?1的高空间分辨率。

该研究不仅开发出性能优异的无铅闪烁体材料，更通过原子级掺杂策略为钙钛矿缺陷调控提供了普适性方法。Lingfeng Li等研究者证实Mn²⁺既可消除固有缺陷又不引入新复合中心，这种"缺陷手术"理念可拓展至其他功能材料体系。研究获得国家自然科学基金和深圳市科技计划等项目支持，相关技术已申请专利保护。