Quasi‐1D Energy Transfer Enabling Tb2W3O12:Eu3+ Scintillator for Low‐Dose High‐Resolution X‐Ray Imaging

闪烁体 材料科学 离子 光子 X射线 发光 光电子学 光学 探测器 物理 量子力学
作者
Zilin Guo,Shaoan Zhang,Chao He,Jialong Xu,Zhishan Chen,Yiqing Chen,Shengzhi Sun,Ling Gao,Chenjie Gu,Yang Li
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202506573
摘要

A primary challenge in inorganic scintillators development is maximizing the X-ray energy conversion efficiency. Conventional low-doping strategies in rare-earth systems mitigate concentration quenching but result in inefficient host-to-activator energy transfer, leading to significant energy losses. To overcome this, a novel rare-earth matrix design is proposed: using Tb3+ ions as the host lattice and incorporating energy-matched Eu3+ ions as activators. This design enabled highly efficient energy transfer from the host to the luminescent centers. Experiments confirmed that quasi-1D Tb3+ chains (intra-chain distance: 3.92 Å, inter-chain distance: 5.92 Å) enabled Dexter-type energy transfer (Tb3+: 5D4 → Eu3+: 5D1/5D2), achieving near-unity energy transfer efficiency. The optimized Tb1.8W3O12:0.2Eu3+@PMMA film exhibited an X-ray light yield of 25 000 photons·MeV-1 at 22 keV, a spatial resolution of 14 lp mm-1, and an ultra-low detection limit (14.1 nGyair s-1). High-resolution radiography of biological specimens validated imaging capability at the 0.1 mm scale. This work established a paradigm for designing high-sensitivity scintillators through quasi-1D energy transfer, advancing low-dose X-ray imaging applications in medical diagnostics and industrial inspection.
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