科技日報(bào)記者 張夢然
據(jù)發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志的論文，美國麻省理工學(xué)院研究人員展示了如何通過改變材料的表面，創(chuàng)建納米級配置（例如波狀脊陣列）的方法，新研究將閃爍體的效率提高至少10倍，甚至可能提高100倍。
麻省理工學(xué)院研究人員展示了如何通過改變材料的表面將閃爍體的效率提高至少10倍。此圖像顯示透明膠帶上的TEM網(wǎng)格，右側(cè)顯示校正后的效果。圖源：《科學(xué)》在線版
閃爍體常用于醫(yī)療或牙科X射線系統(tǒng)中，將傳入的X射線轉(zhuǎn)換為可見光，還用于夜視系統(tǒng)和研究，例如粒子探測器或電子顯微鏡。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，新方法有望改進(jìn)醫(yī)學(xué)診斷X射線或CT掃描，減少劑量暴露并提高圖像質(zhì)量，還可用于質(zhì)量控制，如制造零件的X射線檢測。新的閃爍體可實(shí)現(xiàn)更高精度或更快速度的檢測。
雖然閃爍體已經(jīng)使用了大約70年，但該領(lǐng)域的大部分研究都集中在開發(fā)產(chǎn)生更亮或更快發(fā)射光的新材料上，而新方法將納米技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)用于現(xiàn)有材料。研究小組在閃爍體材料上以與發(fā)出的光波長相當(dāng)?shù)拈L度創(chuàng)建圖案，以此來改變材料的光學(xué)特性。
為制造這種“納米光子閃爍體”， 研究人員說，“你可直接在閃爍體內(nèi)部制作圖案，也可黏在另一種具有納米級孔洞的材料上。具體細(xì)節(jié)取決于結(jié)構(gòu)和材料”。團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)閃爍體并制作了間隔大約一個(gè)光學(xué)波長（約500納米）的孔。
這一框架涉及融合3種不同類型的物理學(xué)，使用新系統(tǒng)，研究人員發(fā)現(xiàn)他們的預(yù)測與后續(xù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常匹配。實(shí)驗(yàn)表明，處理過的閃爍體的發(fā)射量提高了10倍，而且通過進(jìn)一步微調(diào)納米級圖案的設(shè)計(jì)，發(fā)射量可提高100倍。
研究人員相信，在光與納米級結(jié)構(gòu)材料相互作用的領(lǐng)域，計(jì)算模擬已實(shí)現(xiàn)了快速、實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，例如在太陽能電池和LED開發(fā)方面。新研究為閃爍材料開發(fā)的新模型可促進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的類似飛躍。
研究人員表示，納米光子學(xué)技術(shù)提供了定制和增強(qiáng)光行為的新的力量，但之前是無法做到這一點(diǎn)的，因?yàn)閷﹂W爍進(jìn)行建模非常具有挑戰(zhàn)性。新研究第一次完全打開了這個(gè)“閃爍領(lǐng)域”，納米光子和閃爍體的結(jié)合最終可能實(shí)現(xiàn)更高分辨率、更低射線劑量的X射線成像。
總編輯圈點(diǎn)：
研究開發(fā)出了一種理論和框架，可使研究人員能夠計(jì)算出任意配置的納米光子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的閃爍水平。通過微調(diào)納米級圖案的設(shè)計(jì)，可以大幅提高閃爍體的效率，甚至提高百倍。納米光學(xué)和閃爍體的結(jié)合，未來可實(shí)現(xiàn)更高的分辨率，減少射線劑量，總之，能讓閃爍體更亮、更快、更強(qiáng)，還可定制化。這一方法可用于使用閃爍體的所有領(lǐng)域。傳統(tǒng)研究方法執(zhí)著于研發(fā)新材料，而本文中的研究則是將新技術(shù)用于現(xiàn)有材料。兩者結(jié)合，碰撞出了非凡的效果。
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