Efficient Direct X-ray Detection and Imaging Based on a Lead-Free Electron Donor–Acceptor MOF

材料科学 电子 接受者 X射线 铅(地质) 纳米技术 自由电子模型 光电子学 光学 核物理学 地貌学 物理 凝聚态物理 地质学
作者
Jiarong Mi,Qianwen Li,Baoyi Li,Wenfei Wang,Shuai‐Hua Wang,Fa‐Kun Zheng,Guo‐Cong Guo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (7): 9002-9011 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.3c16712
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) have recently gained extensive attention as potential materials for direct radiation detection due to their strong radiation absorption, long-range order, and chemical tunability. However, it remains challenging to develop a practical MOF-based X-ray direct detector that possesses high X-ray detection efficiency, radiation stability, and environmental friendliness. The integration of donor-acceptor (D-A) pairs into crystalline MOFs is a powerful strategy for the precise fabrication of multifunctional materials with unique optoelectronic properties. Herein, a new lead-free MOF, Cu2I2(TPPA) (CuI-TPPA, TPPA = tris[4-(pyridine-4-yl)phenyl]amine), with a 6-fold interpenetrated structure is designed and synthesized based on the electron donor-acceptor strategy. CuI-TPPA has a large mobility-lifetime (μτ) product of 5.8 × 10-4 cm2 V-1 and a high detection sensitivity of 73.1 μC Gyair-1 cm-2, surpassing that of commercial α-Se detectors. Moreover, the detector remains fairly stable with only a 2% reduction in photocurrent under continuous bias irradiation conditions with a total dose of over 42.83 Gyair. The CuI-TPPA/poly(vinylidene fluoride) flexible composite X-ray detector films are successfully manufactured with different thicknesses. Through multifaceted assessments, the optimal thickness is found with a high detection sensitivity of up to 143.6 μC Gyair-1 cm-2. As proof-of-concept, 11 × 9 pixelated X-ray detectors are fabricated on the same composite film to realize X-ray direct imaging. This work opens up potential applications of MOFs in environmentally friendly and wearable devices for direct X-ray detection and imaging.
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