新技術(shù)

中國計量大學(xué)：在基于稀土氟化物納米晶的延時三維X 射線成像應(yīng)用方面取得重要進展

近日，中國計量大學(xué)光電學(xué)院徐時清教授團隊在低劑量柔性X 射線成像技術(shù)領(lǐng)域取得重要進展，研究成 果 以“Dual heterogeneous interfaces enhance X-ray excited persistent luminescence for low-dose 3D imaging”為題發(fā)表在國際著名期刊Nature Communications (2024,15: 1140)上，并被Nature Communications 編輯選為Research Highlight 重點推薦。中國計量大學(xué)為該論文第一單位，雷磊研究員為第一作者，徐時清教授為通訊作者。

基于稀土氟化物納米晶的延時三維X 射線成像應(yīng)用

X 射線成像技術(shù)具有高穿透特點，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、無損檢測和安檢等領(lǐng)域。與商用平板探測器相比，柔性X 射線探測器能夠用于高度彎曲目標(biāo)物的三維成像，成為當(dāng)前研究熱點。稀土摻雜氟化物納米材料具有X 射線激發(fā)多色余輝發(fā)光特征，適用于柔性X 射線探測與延時三維(3D)成像應(yīng)用，且能夠避免實時X 射線輻照產(chǎn)生的熒光信號干擾，但面臨高輻射劑量安全問題與成像技術(shù)復(fù)雜問題的挑戰(zhàn)，因此，開成為當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

團隊創(chuàng)新性地設(shè)計了雙異質(zhì)核殼界面，不僅能夠抑制激活離子到表面缺陷的能量傳遞過程，降低稀土激活離子無輻射弛豫幾率，還能夠有效降低界面Frenkel 缺陷形成能，促進陷阱能級的形成并大幅增強余輝發(fā)光。與NaLuF4:Gd/Dy 核納米晶相比，NaYF4@NaLuF4:Gd/Dy@NaYF4異質(zhì)核殼納米晶的XEPL 增強了約40.9 倍。這種雙異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)同樣能夠增強Pr,Er,Tm,Gd,Tb 等激活離子的XEPL 性能。

團隊還研制出基于Y@Lu/Gd/Tb@Y 納米晶的柔性薄膜X 射線探測器件，彎曲幅度接近180 度，拉伸幅度大于200%,在300 nm～ 800 nm 范圍內(nèi)的光透過率大于 90%。采用自主搭建的X 射線成像系統(tǒng)，在調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)值為0.2 時的空間分辨率約為17.1 LP mm-1，優(yōu)于多數(shù)報道的鹵化物鈣鈦礦(通常低于10 LP mm-1)，與商用CsI (Tl)閃爍體 (≈10 LP mm-1)。在無熱激勵且輻射劑量率為4.5 μGy s-1的條件下,雙異質(zhì)核殼納米晶的延時X 射線成像質(zhì)量明顯優(yōu)于核納米晶體系。進一步結(jié)合圖像重構(gòu)技術(shù)，實現(xiàn)了電子器件的三維成像（見圖）。

(中國計量大學(xué))

新研究可快速合成稀土熒光粉—玻璃復(fù)合材料

近日，華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點實驗室教授夏志國團隊開發(fā)了一種基于玻璃熔體中粒子自穩(wěn)定模型的快速合成技術(shù)，并研制出面向激光照明應(yīng)用的新型高穩(wěn)定性稀土熒光粉—玻璃復(fù)合材料。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然—通訊》。

據(jù)了解，稀土發(fā)光材料是我國稀土戰(zhàn)略資源高效利用的核心材料之一。其中，無機稀土熒光粉在照明、顯示等光源器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用背景和實際需求。

夏志國談到，一方面由于LED 本身在大功率下存在效率驟降的瓶頸，另一方面，在有機封裝高溫、潮濕等條件下，傳統(tǒng)熒光粉轉(zhuǎn)換型LED 光源器件存在穩(wěn)定性問題和強藍光/紫外光輻射下老化問題。因此，亟需發(fā)展高穩(wěn)定性熒光玻璃/陶瓷材料，以滿足諸如航空照明、水下照明及內(nèi)窺鏡等大功率LED 及激光熒光光源應(yīng)用。

研究顯示，稀土熒光粉—玻璃復(fù)合材料(PGC)具有豐富的玻璃基體材料選擇性和優(yōu)異的穩(wěn)定性（見圖）。但在已報道的PGC 材料中，存在合成時間長的問題，進而導(dǎo)致熒光粉不可避免存在熱侵蝕和性能下降。因此，發(fā)展PGC 的快速合成策略可以確保稀土熒光粉顆粒的完整性以維持甚至提升發(fā)光效率，并降低成本以及顯著提高PGC 材料的制造效率。

磷光體—玻璃復(fù)合材料的合成和微觀結(jié)構(gòu)表征

夏志國團隊提出了一種基于玻璃熔體中粒子自穩(wěn)定模型的熒光粉—玻璃復(fù)合材料的快速合成策略，研究建立了熔融玻璃與熒光粉顆粒之間的潤濕性模型關(guān)系，使得多種石榴石基商用稀土熒光粉顆粒在10 秒內(nèi)就能夠致密均勻地分散在碲酸鹽玻璃中。

該項研究制備的黃色發(fā)射PGC 材料具有98.4%的量子效率、86.8%的吸收系數(shù)。在450 納米藍色激光激發(fā)下，可以產(chǎn)生光通量為1227 流明的理想白光。研究團隊還合成出一系列具有高量子效率的橙色、黃色和綠色顏色可調(diào)的玻璃基復(fù)合發(fā)光材料，并為新型多功能玻璃復(fù)合材料提供了一種可推廣的合成策略。

(中國科技報)

中國科學(xué)院廣州地化所：聯(lián)合Ce-Nd 穩(wěn)定同位素可作為定量表征地表環(huán)境氧化還原狀態(tài)的新指標(biāo)

稀土元素穩(wěn)定同位素是新的非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素體系，有望為探索天體形成、巖漿演化、稀土成礦、大陸風(fēng)化和海洋循環(huán)等過程稀土循環(huán)提供新的證據(jù)。特別是Ce 具有+3 和+4 兩種價態(tài)，在氧化過程中表現(xiàn)出與其他稀土元素如Nd 明顯的差異，但在非氧化過程中Ce 與Nd 元素具有相似的地球化學(xué)行為。因此，理論上Ce 和Nd 穩(wěn)定同位素的聯(lián)合應(yīng)用能夠量化地表的氧化還原狀態(tài)特別是為氧化過程提供新的證據(jù)。然而，這一假定是否實際可行有待證實，而通過對同一地質(zhì)過程中Ce-Nd 穩(wěn)定同位素分餾行為進行同步監(jiān)測可準(zhǔn)確回答這一問題，不過到目前為止尚沒有相關(guān)的研究報道。

針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所穩(wěn)定同位素地球化學(xué)學(xué)科組白江昊博士后在韋剛健研究員、馬金龍正高級工程師、王志兵副研究員和張樂高級工程師等老師的指導(dǎo)下，并與廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所鐘松雄博士后合作，依托其前期建立的高精度Ce 穩(wěn)定同位素分析技術(shù)，對經(jīng)歷氧化風(fēng)化作用并具有很好的穩(wěn)定Nd 同位素研究基礎(chǔ)的海南新生代玄武巖風(fēng)化剖面HK06 開展了系統(tǒng)的研究（見圖1）。

圖1 HK06 風(fēng)化殼τTh，Ce、Ce/Ce＊和δ142/140 Ce 值的變化特征

研究結(jié)果表明，在該風(fēng)化剖面中，Ce 富集程度越高，其Ce異常值越正，相應(yīng)的δ142/140Ce 值也越高；反之，Ce 越虧損，其δ142/140Ce 值則越偏低。這一觀察結(jié)果表明，強氧化風(fēng)化過程中Ce元素會發(fā)生明顯的遷移并伴隨著Ce 穩(wěn)定同位素的顯著分餾。為了更好地區(qū)分氧化與非氧化過程對穩(wěn)定Ce 同位素的影響，作者對風(fēng)化產(chǎn)物進行了化學(xué)分相提取，并分別測定了各個相態(tài)的穩(wěn)定Ce 同位素組成。結(jié)果顯示，在氧化過程中，Mn（氫）氧化物相具有最高的δ142/140Ce 值（+0.184±0.040‰），這可能歸因于Ce(IV)傾向于富集較重的同位素142Ce（基于質(zhì)量相關(guān)分餾）和/或繼承自流體相中的重同位素142Ce（基于核體積效應(yīng)）。為了區(qū)分這兩種分餾效應(yīng)，未來研究應(yīng)當(dāng)同時精確測量樣品中的136Ce/140Ce 和142Ce/140Ce 比值。此外，研究發(fā)現(xiàn)Mn氧化物相中的Mn 濃度與τTh，Ce 和δ142/140Ce 值均呈現(xiàn)正相關(guān)，而與Ce 異常無關(guān)，表明Mn 氧化物中的δ142/140Ce 值相比Ce/Ce*更可靠地量化表征地表的氧化狀態(tài)。在非氧化過程中，作者討論了外部輸入、pH 值、有機物絡(luò)合、Fe 氧化物吸附/共沉淀以及粘土礦物形成等作用方式對穩(wěn)定Ce 同位素分餾行為的影響。在0.5 mol·L-1HCl 交換相和殘余相中，δ142/140Ce 值與δ146/144Nd 都呈正相關(guān)，表明在非氧化過程中穩(wěn)定Ce 和Nd 同位素表現(xiàn)相似?；诖?，作者提出聯(lián)合Ce-Nd 穩(wěn)定同位素（δ142Ce-δ146Nd）可以作為量化地表亞氧到強氧化狀態(tài)的新工具。這一指標(biāo)未來在準(zhǔn)確解讀地球氧化歷史的研究中，可望發(fā)揮非常重要的貢獻（見圖2、圖3）。

圖2 Mn 氧化物相中Ce 元素含量、Ce 異常和δ142/140Ce 的變化特征

圖3 非氧化過程中Ce-Nd 穩(wěn)定同位素分餾行為類似

(中國科學(xué)院廣州地化所)

福建物構(gòu)所基于手性鋁氧簇用于圓偏振發(fā)光取得新進展

手性普遍存在于自然界，是生命體系的基本特征之一。從原子級水平上研究手性團簇的手性來源、多重手性對手性化學(xué)及團簇化學(xué)有著極其重要的意義。然而，手性金屬有機簇合物僅約占手性晶態(tài)化合物的7.8%，主要集中在貴金屬、稀土和過渡金屬。近期，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所方偉慧研究員采用協(xié)同配位合成策略，構(gòu)筑了首類手性鋁氧簇（cAlOCs）并應(yīng)用于圓偏振發(fā)光。

在自然界中，氨基酸的分子手性決定了蛋白質(zhì)的螺旋手性，最終表現(xiàn)為多尺寸的生物分子的宏觀手性。此類由手性氨基酸和輔助螯合配體2，6 吡啶二羧酸穩(wěn)定的cAlOCs-Al5簇體系，整合了團簇分子的手性、類DNA 手性雙螺旋以及手性氫鍵qtz 拓撲?；趫F簇間的氫鍵弱相互作用，實現(xiàn)了團簇間的手性轉(zhuǎn)移與放大，并為組裝手性拓撲提供了一種以四連接的團簇為節(jié)點的新拓撲學(xué)方法。此外，這種協(xié)同配位合成策略具有良好的普適性，不僅可擴展到不同的同構(gòu)配體，還可以擴展到不同的抗衡離子。此類cAlOCs 材料可以實現(xiàn)克級水平放大合成，且具有較好的穩(wěn)定性和高的BET 比表面積。

這項工作為手性鋁氧簇的合成提供了有效方法，為低成本的CPL 材料合成提供了新途徑。從可持續(xù)發(fā)展的角度，手性鋁氧簇是探索手性領(lǐng)域應(yīng)用的有力候選者。預(yù)計從這項研究開始，將有更多手性鋁氧簇材料被合成，并應(yīng)用在對映體分離、手性傳感、不對稱轉(zhuǎn)化等方面。

(福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所)