综述：聚硅氧烷基闪烁体作为辐射传感器的研究进展与未来展望

（编辑推荐）本综述系统阐述了聚硅氧烷（polysiloxane）基闪烁体在辐射传感领域的突破性进展，其优异的耐辐射性、机械柔性和热稳定性超越传统塑料闪烁体（如EJ-200），在质子治疗实时剂量监测（PSD）、热中子探测（10B/6Li转换）及3D打印复杂几何传感器制备中展现巨大潜力。

　　

聚硅氧烷基闪烁体作为辐射传感器：从实验室突破到临床应用

引言

传统塑料闪烁体虽广泛应用于高能物理和医学物理领域，但其辐射耐受性差、环境稳定性不足等缺陷限制了特殊场景的应用。以Si-O-Si为主链的聚硅氧烷凭借化学惰性、机械柔性和高温稳定性，成为新一代辐射传感器的理想基质材料。

聚硅氧烷作为耐辐射闪烁体：从早期探索到高性能传感器

早期研究（Zorn等，1991）发现含二甲基-二苯基单元的聚硅氧烷在γ射线辐照后透光率保持90%以上，而传统塑料（如BC-400）在10⁴Gy剂量下即出现明显黄变。关键突破在于苯基含量的优化：当二苯基硅氧烷单元占比>15%时，可同时满足荧光基质需求（激发态二聚体发射波长250-350nm）和芳香族闪烁染料（如PPO）的溶解性。通过引入Lumogen Violet等波长移位剂，光输出提升至商用塑料的1.3倍（Dalla Palma等，2014）。在质子治疗监测中，柔性聚硅氧烷传感器（Calvi等，2023）在200MeV束流下仍保持线性响应，其组织等效性（有效原子数Z_eff≈7.4）显著优于塑料闪烁体（Z_eff≈5.8）。

粒子鉴别与热中子探测

通过调控PPO浓度（6%wt.）诱导三重态-三重态湮灭，聚硅氧烷在480keVee能量下实现n-γ鉴别优值0.611（Marchi等，2019）。其分子链旋转自由度使染料扩散速率比塑料快3倍，显著降低所需掺杂浓度。热中子探测方面，含⁶Li纳米颗粒的聚硅氧烷复合材料（Carturan等，2019）对²⁵²Cf中子源的探测效率达35%，γ抑制比>10⁴。

可拉伸纳米复合传感器

将Gd₂O₂S:Tb纳米颗粒嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的可拉伸薄膜（Dietsch等，2025），在30%应变下仍保持90%发光强度，适用于术中X射线成像。更突破性的进展是氟代聚硅氧烷稳定的钙钛矿纳米晶（Zheng等，2024b），其X射线辐照稳定性比传统配体包覆样品提高20倍。

3D打印复杂几何传感器

采用数字光处理（DLP）技术成型的溶胶-凝胶衍生聚硅氧烷（Carturan等，2024），光输出达EJ-212标准的44%，可制备具有亚毫米级精度的质子束流剖面监测器。

结论与展望

尽管聚硅氧烷闪烁体在辐射耐受性（耐受>10⁶Gy）和功能集成方面优势显著，但大体积（>50mm）器件的规模化制备仍是产业化瓶颈。未来研究将聚焦于：①开发低成本苯基硅氧烷预聚物；②优化3D打印工艺实现复杂光波导结构；③探索硅氧烷-钙钛矿杂化体系在双模态成像中的应用。