Controlled Synthesis of Terbium-Doped Colloidal Gd2O2S Nanoplatelets Enables High-Performance X-ray Scintillators

材料科学 兴奋剂 胶体 闪烁体 纳米技术 放射化学 分析化学(期刊) 化学工程 光电子学 发光 光学 化学 物理化学 物理 工程类 有机化学 探测器
作者
Khursand E. Yorov,Saidkhodzha Nematulloev,Bedil M. Saidzhonov,Maxim S. Skorotetcky,Azimet A. Karluk,Bashir E. Hasanov,Wasim J. Mir,Tariq Sheikh,Luis Gutiérrez‐Arzaluz,Maximilian Emanuel Maria Phielepeit,Nawal Ashraf,Robert H. Blick,Omar F. Mohammed,Mehmet Bayındır,Osman M. Bakr
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (31): 20111-20122 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c01652
摘要

Terbium-doped gadolinium oxysulfide (Gd2O2S:Tb3+), commonly referred to as Gadox, is a widely used scintillator material due to its exceptional X-ray attenuation efficiency and high light yield. However, Gadox-based scintillators suffer from low X-ray spatial resolution due to their large particle size, which causes significant light scattering. To address this limitation, we report the synthesis of terbium-doped colloidal Gadox nanoplatelets (NPLs) with near-unity photoluminescence quantum yield (PLQY) and high radioluminescence light yield (LY). In particular, our investigation reveals a strong correlation between PLQY, LY, particle size, and Tb3+concentration. Our synthetic approach allows precise control over the lateral size and thickness of the Gadox NPLs, resulting in a LY of 50,000 photons/MeV. Flexible scintillating screens fabricated with the solution-processable Gadox NPLs exhibited a 20 lp/mm X-ray spatial resolution, surpassing commercial Gadox scintillators. These high-performance and flexible Gadox NPL-based scintillators enable enhanced X-ray imaging capabilities in medicine and security. Our work provides a framework for designing nanomaterial scintillators with superior spatial resolution and efficiency through precise control of dimensions and dopant concentration.
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