Ein druckbares Multi

Ein Wandel im Bereich der Bildgebungsanwendungen könnte sich abzeichnen, nachdem Forscher von Exciton Science einen Weg zur Multienergie-Röntgenerkennung mit deutlich verbesserter Flexibilität und Empfindlichkeit aufgezeigt haben.

Die von einem Team der Monash University entwickelte Technologie basiert auf lösungsverarbeiteten, druckbaren Dioden aus Perowskit-Dünnfilmen, einer Komponente, die üblicherweise mit Solarenergiegeräten der nächsten Generation in Verbindung gebracht wird.

Die Ergebnisse der Arbeitwurden in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.

Dr. Babar Shabbir, ein leitender Forschungsstipendiat von Exciton Science und Erstautor des Papiers, sagte: „Diese Perowskit-basierten Detektoren können schnelle Reaktionszeiten und hohe Empfindlichkeiten bieten, um eine Echtzeiterkennung und Bildgebung für komplexe Zwecke, einschließlich Krankheiten, zu ermöglichen.“ Diagnosen, Erkennung von Sprengstoffen und Identifizierung von Lebensmittelkontaminationen.“

Die meisten Röntgendetektoren arbeiten in einem von zwei verschiedenen Energieniveaus – hart oder weich. Harte Röntgenstrahlen werden verwendet, um dichte Materialien wie Knochen oder Gestein zu durchdringen, während weiche Röntgenstrahlen für die sichere Abbildung lebender Materie wie Gewebe und Zellen erforderlich sind.

Die typische Einzelenergiedetektion findet im harten Röntgenbereich zwischen 10 und 100 Kiloelektronenvolt (KeV) statt. Für die Erkennung im Soft-Window sind möglicherweise Energieniveaus unter 1 KeV erforderlich.

Manchmal muss ein Röntgendetektor in der Lage sein, auf beiden Energieniveaus zu arbeiten. Beispielsweise bei der Suche nach Tumoren im Brustgewebe.

Bestehende Multienergie-Röntgendetektoren werden aus Silizium und Selen hergestellt und können zwar in beiden Bereichen eingesetzt werden, sind jedoch in ihrer Energieempfindlichkeit und räumlichen Auflösung begrenzt.

Eine vielversprechende und möglicherweise weitaus effektivere und vielseitigere Alternative sind Metallhalogenid-Perowskite.

Perowskit-Materialien sind nach ihrer Kristallstruktur benannt und lassen sich kostengünstig herstellen. Sie können die Intensität eines Röntgenstrahls beim Durchgang durch Materie effektiv steuern. Dieser Vorgang wird als Röntgenschwächung bezeichnet.

Wichtig ist, dass bei der Herstellung des Perowskits in einem Diodengerät der Röntgenstrahlschwächungsprozess die Bildung von Ladungen induziert, die effektiv gesammelt werden können, um eine Signatur der Röntgenstrahlenergie und ihrer Intensität zu liefern.

In dieser neuen Arbeit wurde gezeigt, dass Perowskit-basierte Multienergie-Röntgendetektoren in einem breiten Energiebereich von 0,1 Kev bis zu 10 KeV betrieben werden können, was deutlich breiter ist als bestehende herkömmliche Multienergie-Röntgendetektoren.

Frühere Demonstrationen perowskitbasierter Geräte beschränkten sich auf die Detektion harter Röntgenstrahlung und zwar in einem kleinen Maßstab von Millimetern bis Zentimetern.

Dies ist nicht nur das erste Mal, dass Perowskite für die Detektion weicher Röntgenstrahlung eingesetzt werden, der neue Ansatz eignet sich auch für die Skalierung auf die für die kommerzielle Nutzung erforderlichen großen Flächen.

Und da die Perowskit-Detektoren als Dünnfilm hergestellt werden, könnten sie mit flexiblen Substraten kombiniert werden, um eine neue Reihe von Geräteformen und -größen zu erschließen.

Professor Jacek Jasieniak von der Monash University, Chefforscher von Exciton Science und leitender Autor des Artikels, sagte: „Diese Arbeit zeigt, dass es eine natürliche Erweiterung von Perowskiten in gedruckte Röntgendetektoren gibt.“ Sie sollten kostengünstiger in der Herstellung sein und könnten auch modifizierte Folienformfaktoren beinhalten, bei denen eine inhärente Flexibilität erforderlich ist. Es eröffnet völlig neue Fragen zur Verwendung dieser Art von Geräten.“

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website des ARC Centre of Excellence in Exciton Science veröffentlicht