近日，学院硕士研究生周超在材料领域顶级期刊《Materials Science and Engineering: R: Reports》（影响因子31.0，年收录文章仅20余篇）上在线发表了题为“Lead-free perovskites and derivatives enable direct and scintillation-type X-ray detection（无铅卤化物钙钛矿及其衍生物实现直接和闪烁型X 射线探测）”的综述论文。

01全文速览

该综述总结了无铅卤化物钙钛矿（LFHPs）及其衍生物在 X 射线探测器和成像方面的最新进展。介绍了X 射线探测器的工作原理、关键参数以及无铅卤化物钙钛矿的制备方法，重点讨论了无铅卤化物钙钛矿（包括铜基、银基、锰基、锡基、铋基钙钛矿等）的结构尺寸、光电特性、稳定性及其在 X 射线探测和成像应用中的优势，提出了目前无铅卤化物钙钛矿X射线探测器存在的核心问题和解决思路。

02背景介绍

有机-无机混合钙钛矿（OHPs）具有高X射线阻挡能力、大载流子迁移和寿命乘积的优点，已经成为极具前景的新一代辐射探测技术。随着对材料及器件结构的设计与优化，基于铅基卤化物钙钛矿的X 射线探测器在基本参数方面取得了突破性进展，灵敏度高达5.2×10⁶ µC Gy_air^-1 cm^-2，探测极限（LoD）低至0.1 nGy_air s^-1。然而铅对人体有剧毒，一旦进入人体会导致细胞死亡和机体衰竭，此外铅对动植物和生态系统也有严重的影响。考虑到X射线探测器的多种应用场景，铅的毒性问题能否被解决成为该项技术能否市场化的关键因素。因此，开发环境友好型无铅钙钛矿材料和制造工艺成为近年来的研究热点。

03文章亮点

文中，作者总结了近年来基于无铅钙钛矿的X射线探测和成像领域的发展历程（图1）。我们归纳了单晶、薄膜、晶片制备方法并提炼出优化无铅钙钛矿材料质量和大面积器件制备的策略；综述了元素取代后各种无铅钙钛矿因不同阴阳离子或者有机无机离子组合导致的结构和功能的差异；解释了无铅钙钛矿X射线探测器在稳定性方面（环境稳定性、热稳定性、相稳定性、工作稳定性）具有优势的原因。最后，从优化晶体质量、探索新材料以及设计结构和可扩展制造的角度进行总结与展望。

图 1. 无铅钙钛矿（LFHPs） 和基于LFHPs 的 X 射线探测器的进展。

04总结与展望

尽管铅基钙钛矿 X 射线探测器取得了巨大成就，但其稳定性和毒性是市场化过程中的严峻挑战。幸运的是，随着生物友好且稳定的无铅钙钛矿及其衍生物作为其替代品的研究力度不断加大，直接型和间接型的X射线探测器在性能方面都取得了突破性进展。该综述系统总结了元素取代后各种无铅卤化物钙钛矿（包括铜基、银基、锰基、锡基、铋基钙钛矿等）的结构和性能的差异以及稳定性的优势。另一方面，目前无铅钙钛矿X 射线探测器的研究仍处于早期阶段，各种挑战仍有待解决。作者从优化晶体质量方面，包括晶体生长、表面钝化、晶体结构降维等角度；探索优异材料方面，包括组分工程、无金属钙钛矿等角度；设计器件结构和可扩展制造方面，包括异质结构、兼容集成电路的大面积器件制造工艺角度进行展望（图2），为无铅钙钛矿实现高性能的X射线探测和成像提供新的思路和理解。

图 2. 基于 LFHPs 的 X 射线探测器前景展望。

该研究工作以“Lead-free perovskites and derivatives enable direct and scintillation-type X-ray detection（无铅卤化物钙钛矿及其衍生物实现直接和闪烁型X 射线探测）”为题发表在材料领域顶级期刊《Materials Science and Engineering: R: Reports》（影响因子31.0，年收录文章仅20余篇）上。学院硕士研究生周超为论文第一作者，北京理工大学姜岩教授、太阳成集团tyc539教师张伟副教授、中科院化学所胡劲松研究员为论文通讯作者，广州大学为第一作者单位。该工作得到了得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2023.100756.