近日，我院青年教师江国灿博士在纳米材料领域旗舰刊ACS Nano(If=17.1)上发表研究成果“Organosilicon-Based Ligand Design for High-Performance Perovskite Nanocrystal Films for Color Conversion and X-ray Imaging”。江国灿博士和德国卡尔斯鲁厄理工学院Lemmer Uli教授为共同通讯作者。
基于有机硅配体包覆的封装策略是提升钙钛矿纳米晶（PNCs）稳定性和寿命的有效方法。为了保持良好的胶体分散性，传统的有机硅配体体系通常加入不参与交联反应的惰性长碳链配体（如油胺、油酸等）。然而，惰性配体的加入也阻碍了有机硅配体分子进行的脱水缩合反应，造成固化后纳米晶膜致密性差、透射率低等缺点。
为了解决上述挑战，该工作开发设计了一种双有机硅配体体系，在纳米晶胶体溶液具备良好分散性的情况下，实现有机硅配体充分的交联固化。高效的脱水缩合反应显著提高了纳米晶溶液的成膜质量，带来高透射率、低表面粗糙度和高稳定性等性能优势。优化后的钙钛矿纳米晶薄膜作为闪烁体材料被应用在X射线成像系统中。得益于成膜质量的提升和对光散射的有效抑制，成像系统取得了高于20 lp/mm的空间分辨率。
图1.配体设计示意图及成膜质量对比
该工作主要包含以下三个要点：（1）设计新型有机硅分子（APTES-PA）替代传统油酸配体，实现全体系可交联的配体组合，进而提升钙钛矿纳米晶膜的成膜质量和透射率，有利于纳米晶膜在X射线成像、光泵浦激光、显示器件等领域的应用；（2）设计开发的双有机硅配体体系（APTES/APTES-PA）具有更高的脱水缩合效率，使包覆层更加致密坚固，有效提升了纳米晶膜在溶液浸泡、紫外照射、加热等极端条件下的稳定性；（3）采用表面配体直接交联固化的封装方式，避免引入额外的包覆材料，从而提升钙钛闪烁体薄膜的纳米晶浓度和对X射线的吸收率。在确保足够X射线吸收率情况下，更薄的闪烁体薄膜有利于提高成像分辨率。
图2.钙钛矿纳米晶膜在X射线成像系统中的应用
江国灿博士于2022年加入浙江师范大学物电学院，主要开展半导体纳米晶材料的制备与光电应用相关研究工作，相关工作以第一作者或通讯发表在ACS Nano和JCIS等SCI一区期刊。
该研究成果得到了国家自然科学基金和浙江师范大学的经费资助。
