近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心在X射線源和X射線探測(cè)器研發(fā)方面取得新進(jìn)展，深圳先進(jìn)院均為第一單位。 

無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)CT可以解決以往旋轉(zhuǎn)CT掃描過(guò)程中因病人的呼吸、心跳等生理運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)多角度探測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)CT掃描，目前主要使用電子槍產(chǎn)生的聚焦電子束在X射線靶上進(jìn)行空間和角度的掃描，但掃描角度有限。受限于熱陰極及其電子束真空掃描系統(tǒng)的龐大體積，X射線源難以小型化，導(dǎo)致設(shè)備龐大且造價(jià)昂貴，高溫電子槍中熱氧化過(guò)程使得其壽命也偏短。 

相比傳統(tǒng)熱陰極X射線源，基于場(chǎng)發(fā)射的冷陰極X射線源具有功耗低、尺寸小、響應(yīng)速度快、聚焦性好等優(yōu)點(diǎn)，正成為當(dāng)今X射線源發(fā)展的重要趨勢(shì)?；诖?，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型的基于場(chǎng)發(fā)射的冷陰極X射線源—硅/銅薄膜基底上硫化亞銅納米線/氧化石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)。得益于銅-硫化亞銅一體化的生長(zhǎng)模式，其熱穩(wěn)定性提升，壽命高于傳統(tǒng)場(chǎng)發(fā)射材料碳納米管一個(gè)量級(jí)。此外，氧化石墨烯的引入降低了功函數(shù)，進(jìn)而降低了閾值場(chǎng)強(qiáng)。這些優(yōu)點(diǎn)使得低成本、高壽命、低閾值場(chǎng)強(qiáng)X射線源走向大規(guī)模市場(chǎng)成為可能。相關(guān)成果High performance X-ray source based on graphene oxide coated Cu2S nanowires grown on copper film發(fā)表于納米領(lǐng)域經(jīng)典期刊Nanotechnology （影響因子：3.551），碩士研究生張道書(shū)為論文第一作者，中山大學(xué)陳軍教授、深圳先進(jìn)院楊春雷研究員和陳明副研究員為論文通訊作者。 

有機(jī)金屬鈣鈦礦MAPbBr3具備優(yōu)異的載流子輸運(yùn)特性和重原子（鉛、溴）組成架構(gòu)，這種出色的電荷輸運(yùn)特性和結(jié)構(gòu)特性是實(shí)現(xiàn)直接X(jué)射線轉(zhuǎn)換的理想選擇，近十年來(lái)受到廣泛關(guān)注。實(shí)現(xiàn)硅和鈣鈦礦的單片集成結(jié)構(gòu)是將高性能鈣鈦礦X射線探測(cè)器推向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的核心要點(diǎn)。然而，簡(jiǎn)單的將整塊鈣鈦礦與硅或硅基薄膜晶體管等結(jié)合會(huì)造成相鄰像素間電信號(hào)的串?dāng)_，從而造成較低的空間分辨率。將鈣鈦礦圖案化可以解決電信號(hào)的串?dāng)_問(wèn)題，常見(jiàn)的圖案化手段包括自下而上的光刻技術(shù)和激光劃線等技術(shù)。但是，光刻工藝中鈣鈦礦材料與有機(jī)溶劑接觸后性能容易惡化，而激光劃線工藝會(huì)造成鈣鈦礦材料的損傷和非晶化。最重要的是，受限于工藝本身限制，以上制備手段獲得的鈣鈦礦薄膜的厚度通常都是亞微米級(jí)別，厚度太薄而遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足于吸收大部分X射線能量，從而造成較低的探測(cè)靈敏度。  

鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)采用深硅刻蝕和鈣鈦礦原位生長(zhǎng)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了硅基集成、厚度達(dá)300微米的圖案化鈣鈦礦。一方面，相比傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)，同軸硅鈣鈦礦的異質(zhì)結(jié)構(gòu)擁有更大的界面面積和更長(zhǎng)的光生載流子壽命（更短的載流子輸運(yùn)時(shí)間），因而有效增強(qiáng)了X射線探測(cè)器的探測(cè)率。另一方面，足夠厚度（約300微米）的鈣鈦礦保證了X射線能量的充分吸收。得益于此，團(tuán)隊(duì)獲得了高靈敏度（242？μC Gyair？1？cm？2，高于商業(yè)化直接型X射線探測(cè)器α-Se一個(gè)量級(jí)）、快速響應(yīng)（毫秒級(jí)別響應(yīng)時(shí)間）、高分辨率（約0.5毫米）的硅基集成、像素化的直接型鈣鈦礦X射線平板探測(cè)器。該研究工作對(duì)于硅基鈣鈦礦直接型X射線平板探測(cè)器走向產(chǎn)業(yè)化有重要借鑒意義。相關(guān)成果Co-axial silicon/perovskite heterojunction arrays for high-performance direct-conversion pixelated X-ray detectors發(fā)表于能源領(lǐng)域重要期刊Nano Energy (影響因子：16.602)。碩士研究生田書(shū)凱為論文第一作者，助理研究員隋帆、研究員楊春雷和副研究員陳明為論文通訊作者。 

該系列研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市等科技項(xiàng)目資助。

論文1鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/abb0b6/meta

論文2鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520309125

（a）Cu基底上Cu2S納米線/氧化石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu) （b）基于Cu2S納米線/氧化石墨烯的X射線源用于魚(yú)的成像

硅基集成、圖案化的鈣鈦礦直接型X射線平板探測(cè)器