刘小钢院士&覃弦教授Nat. Commun.：用于高分辨率和自适应X射线成像的无散射镧系离子液体闪烁体

主流固体闪烁体中颗粒分布不均造成的光子散射是限制高分辨X射线成像的核心瓶颈。采用均匀透明的液体闪烁体在抑制光散射方面具有天然的优势。然而，少数已报道的液体闪烁体普遍依赖含铅的钙钛矿和有毒或易燃的有机溶剂，带来稳定性、安全性与生物相容性的问题。

本研究，新加坡国立大学刘小钢院士，福建师范大学覃弦教授等人通过在绿色溶剂离子液体中原位配位镧系离子，构建了结构高度均一化、几乎完全无散射且发光颜色可调的透明本征液体闪烁体。结合镧系离子发光独特的无自吸收特性，该体系实现了超过93%的闪烁光透过率，并在1毫米厚的闪烁屏中获得了每毫米26线对的X射线成像空间分辨率。依托液体的可流动与自适应形变能力，该闪烁体可用于制备变焦的凸面闪烁透镜，实现了均匀的全角度X射线探测与原位放大X射线成像。

该镧系-离子液体闪烁体系在未来基于微流控的辐射传感、AI辅助的高对比度X射线成像及低剂量医疗诊断等领域具有广阔的应用前景。

研究亮点：

1.材料革新，从固体到液体。任何固体或颗粒堆积结构都不可避免地产生晶界与界面散射。借鉴水的高透明性，引入无晶界、折射率均一且化学稳定的离子液体作为配体，从材料本征形态上彻底消除散射源。

2.克服缺陷，从溶解或分散体系到强配位体系。基于溶解或分散的液体闪烁体系常受溶解度、分散性及有机溶剂稳定性限制。通过镧系离子与离子液体配体的原位强配位，实现了金属离子在分子尺度上的均匀分散，成功构建出无散射、高透明度的液体闪烁屏。

3.机理拓展，从三线态到双通道能量转移。离子液体配体具有高度的结构灵活性，能够同时利用单线态和三线态有效地将能量传递并回收至镧系发光离子，从而显著提升闪烁强度。

4.功能延伸，从高分辨平面成像到凸面变焦闪烁透镜。在利用该体系无散射、无自吸收的优势获得平面高分辨X射线成像的基础上，进一步利用液体的流动性与形变能力，提出了可变焦闪烁透镜的概念，实现了传统固体闪烁体不可能实现的全角度均匀探测以及自适应原位放大成像。

图1. 不同闪烁体系统中的光散射

图2. 镧系-离子液体闪烁体中的强配位作用

图3. 镧系-离子液体闪烁体中的双通道能量转移增强闪烁性能

图4. 镧系-离子液体闪烁体消除自吸收和光散射用于高分辨平面X射线成像

图5. 镧系-离子液体闪烁体的环境稳定性和生物相容性

图6. 用于高分辨X射线成像的自适应闪烁透镜

Qiu, J., Gu, C., et al.Scattering-free lanthanide-ionic liquid scintillators for high-resolution and adaptive X-ray imaging. Nat. Commun. (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66754-0

学术交流QQ群

知光谷光伏器件学术QQ群：641345719

钙钛矿产教融合交流@知光谷（微信群）：需添加编辑微信

为加强科研合作，我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式：添加编辑微信pvalley2024，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。