近日，南京郵電大學材料科學與工程學院、有機電子與信息顯示國家重點實驗室黃維院士、陳潤鋒教授與陶冶教授團隊聯合福州大學陳秋水教授團隊，在有機自由基閃爍體材料領域取得新進展，通過將純有機發光自由基作為閃爍體，有效避開了暗三線態激子引起的激子利用低的問題，實現了高效的X射線輻射發光性能和納秒級的輻射發光壽命，相關成果以“Efficient Metal Free Organic Radical Scintillators”為題在Nature Communications《自然·通訊》上發表。重點實驗室謝高瞻副教授、陶冶教授、黃維院士和福州大學陳秋水教授為共同通訊作者，碩士生羅安晟為論文第一作者。東南大學羅守華教授在醫用顯微CT成像方面給予了大力支持。
有機X射線閃爍體材料具有結構易修飾、可柔性、成本低、毒性小等優點，在X射線成像、輻射檢測和光動力治療等領域有廣泛的應用前景，近年來一直是材料化學界的研究熱點。但現存的有機X射線閃爍體材料都為閉殼分子，其在X射線輻射下會產生25%可以輻射發光的單線態激子和75%難以輻射發光的三線態激子，存在激子利用率低和發光壽命長等問題。因此，如何設計制備兼具高激子利用率和短輻射發光壽命的有機X射線閃爍體材料仍然面臨巨大的挑戰。
針對這一問題，研究團隊提出將開殼型有機發光自由基作為閃爍體，設計制備了兩種鹵代三苯甲基發光自由基（圖1）。該類自由基OXSTs材料在X射線激發下只形成躍遷允許的雙線態激子，理論上可以實現100%的激子利用效率，并且它們表現出強的X射線吸收、優異的X射線輻射發光穩定性和納秒級的輻射發光壽命(?18 ns)，其X射線輻射發光性能可以與經典閉殼型OXSTs材料相媲美。良好的X射線輻射發光性能使得這類自由基OXSTs材料不僅可用于X射線照相術中對各種物體進行對比成像，還適用于醫學高分辨率顯微CT成像系統，對竹簽的纖維脈絡進行清晰成像（圖2）。該研究工作不僅證實了純有機發光自由基作為高效閃爍體的可能性，也為有機閃爍體材料在X射線成像中的商業化應用提供了寶貴的經驗。
圖1 有機X射線閃爍體輻射發光機理及其有機自由基閃爍體分子結構
圖2 有機自由基閃爍體薄膜及其X射線成像應用
該工作同時得到了柔性電子基礎科學中心、國家優秀青年基金、有機電子與信息顯示國重主任基金，松山湖材料實驗室開放課題及南京郵電大學“華禮人才”支持計劃等項目的支持。
（撰稿：陶冶 初審：高志華 戴修斌 編輯：王存宏 審核：張豐）