Homogeneous bidirectional locking enables reinforced buried interface for high-resolution perovskite X-ray imagers
本研究引入了一种均匀的双向锁定层间策略，该策略增强了溶液法制备的钙钛矿薄膜的埋入界面，显著提升了机械鲁棒性和电荷收集效率，从而使适用于三维计算机断层扫描的高分辨率、低剂量X射线平板成像器成为可能。
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长期以来，X射线成像一直是现代医学和工业检测的基石，它让我们能够在不切割物体的情况下看到其内部结构。传统的X射线探测器通常依赖于那些制造昂贵、难以加工成大面积薄片，或需要高剂量辐射才能产生清晰图像的材料。近年来，科学家们将注意力转向了一类被称为金属卤化物钙钛矿的材料。这些物质之所以卓越，是因为它们能极好地吸收X射线，并且可以通过简单的液相工艺制成厚膜，就像刷墙一样。这种低成本、大面积生产的潜力，激发了人们将其用于下一代X射线摄像机的浓厚兴趣。然而，一个显著的障碍始终存在：当这些厚膜生长在用于读取图像的电子电路之上时，两层之间的连接往往很脆弱且充满微小的间隙。这些缺陷就像大坝上的裂缝，会导致电信号泄漏或丢失，从而导致图像模糊、出现死点，并使设备变得脆弱，无法承受温度变化的压力。
南京理工大学的研究人员开发了一种新方法来修复这种薄弱的连接，创造了一个更强大、更可靠的界面，从而实现了高分辨率的X射线成像。他们的方法涉及一种被称为“均匀双向锁定”的技术。他们并非简单地将X射线吸收材料倾倒在电子电路上，而是先直接在电路之上构建一层薄薄的、专门的底层。这个底层由垂直排列的微小晶体柱组成，从表面向上直立生长，与下方的电子像素形成紧密、无缝的抓取。一旦这个坚固的底座搭建完成，他们再在上面添加主要的、厚实的X射线吸收层。由于底层结构如此有序，上方的厚层会与其完美对齐生长，融合成一个单一、坚固的整体，没有任何间隙或薄弱点。这创造了一种从底部向上锁定的“锁扣”，确保由X射线产生的电荷能够平滑地传输到读取器，而不会被卡住或丢失。
这一策略带来的成果是巨大的。通过使用这种双向锁定方法，该团队将薄膜与电路之间的结合强度比标准方法提高了61%。新设备也表现出更强的韧性，能够经受住从冰冻到沸腾的极端温度循环变化而不开裂，而传统的薄膜在仅经过几次循环后就会破裂。在性能方面，新探测器捕捉电信号的效率达到了96.2%，这意味着几乎每一份来自X射线的能量都被成功转化为了可读取的信号。这种高效率使研究人员能够制造出一个拥有256乘256像素的成像面板，并产生极其均匀的图像。像素间的亮度差异从旧设备的28.57%大幅下降到了新设备的4.31%。这种均匀性消除了经常困扰X射线摄像机的“死像素”问题，实现了每毫米6.1线对的高空间分辨率。
为了展示这项技术的实际应用能力，团队利用他们的新型探测器对复杂物体进行了详细成像。他们成功拍摄了商业计算机芯片上的微小引脚，揭示了在低质量传感器下无法看到的缺陷。他们还以极低的辐射剂量拍摄了干鱼的X射线照片，清晰地显示了骨骼和软组织的轮廓。或许最令人印象深刻的是，他们使用该探测器对隐藏在胶囊内的弹簧进行了三维计算机断层扫描（类似于医学CT扫描）。系统从180个不同角度捕捉图像，并重建了弹簧内部结构的清晰三维视图。这项工作表明，通过解决如何将厚X射线薄膜连接到电子电路这一根本问题，现在已经可以制造出足以胜任现实世界医疗和工业用途的高分辨率、低剂量成像系统。
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