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近日，澳大利亞科學(xué)家使用硫化錫(SnS)納米片制造了一種厚度不到10納米的X射線探測器，突破了目前X射線探測器的厚度極限。研究成果發(fā)表在《先進功能材料》雜志上。
X射線探測器是一種將X射線能量轉(zhuǎn)換為可供記錄的電信號的裝置。它接收到射線照射，然后產(chǎn)生與輻射強度成正比的電信號。X射線自1895年被發(fā)現(xiàn)以來就被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是醫(yī)療診斷與工業(yè)無損檢測。而X射線探測器作為X射線成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，一直備受研究者重視。
在多年的發(fā)展中，X射線探測器主要有兩個發(fā)展方向：一是結(jié)合數(shù)字化技術(shù)以及現(xiàn)在的人工智能，優(yōu)化探測圖像的細(xì)節(jié)，例如醫(yī)學(xué)成像中的X射線斷層成像(CT)、發(fā)射式計算機 斷層成像(ECT)等；二是從探測材料本身的角度出發(fā)來提高探測器的性能。在這項研究中，澳大利亞研究團隊就是發(fā)現(xiàn)了SnS納米片在制作X射線探測器上的優(yōu)勢，從而完成了這一創(chuàng)新型成果。
SnS具有特殊光學(xué)性質(zhì)，如光學(xué)帶隙為1.3 eV，非常接近光伏器件的最優(yōu)帶隙(約1.5 eV)，其光學(xué)吸收系數(shù)也達(dá)到了104 cm−1。另外，Sn和S兩種元素在自然界含量較高，并且環(huán)保無毒。這讓SnS在光伏領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的發(fā)展空間。研究團隊在尋找超薄軟X射線探測器候選材料的時候發(fā)現(xiàn)SnS納米片具有很高的光子吸收系數(shù)，比另一種新興候選材料金屬鹵化物鈣鈦礦更靈敏，響應(yīng)時間更短，并且可以調(diào)節(jié)整個軟X射線區(qū)域的靈敏度。這也讓研究團隊選擇它作為制作超薄軟X射線探測器的材料。
研究團隊使用基于液態(tài)金屬的剝離方法生產(chǎn)SnS納米片。以SnS納米片為材料制作的X射線探測器厚度不到10納米，而此前制造出的最薄X射線探測器厚度在20-50納米之間。研究團隊成功突破了X射線探測器的厚度極限。同時，SnS納米片可以有效地探測水域中的軟X射線光子。并且通過堆疊超薄層，SnS納米片的靈敏度還可以進一步提高。無論是在靈敏度還是在響應(yīng)時間上，SnS X射線探測器都已經(jīng)大大超過了現(xiàn)有的直接軟X射線探測器。
軟X射線波長在0.1nm以上，能量較低，可用于研究濕態(tài)蛋白質(zhì)和活細(xì)胞，在生物學(xué)研究中有重要意義。研究人員認(rèn)為，SnS X射線探測器作為超薄軟X射線探測器，未來在細(xì)胞生物學(xué)成像研究中將發(fā)揮非常大的作用。
(原標(biāo)題：X射線探測器能有多??？新成果厚度不足10納米！)
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