近期，电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院赵强教授和徐修文教授团队在X射线探测与成像领域取得重要突破，相关成果以“Polymer coordination enables alloying-free synthesis of stable α-FAPbI3 thick films for real-time X-ray imaging”为题，发表于国际顶级学术期刊《Matter》。我院为论文第一通讯单位，论文第一作者为南京邮电大学博士研究生王钰龙，通讯作者为南京邮电大学徐修文教授、刘淑娟教授和赵强教授。
X射线探测器在医学成像和工业无损检测等领域具有重要应用。α-FAPbI3因其较低的电子-空穴对产生能、较大的载流子迁移率-寿命乘积和优异的热稳定性，被认为是下一代X射线探测器的理想候选材料。然而，α-FAPbI3在室温下处于亚稳态，大尺寸FA+阳离子引起的晶格拉伸应力会驱动其自发转变为非光活性的δ相。因此，稳定α-FAPbI3通常依赖阴/阳离子合金化，但这会诱发有害的阳离子-阴离子偏析和热分解问题，进而制约器件性能和长期稳定性。
图1. 无合金化α-FAPbI3厚膜结晶调控及其面阵探测器的动态X射线成像演示
针对这一核心瓶颈，南京邮电大学赵强教授和徐修文教授团队发展了一种聚合物配位的直写印刷（DIW）工艺，率先实现了无合金化、稳定α-FAPbI3厚膜在空气中的制备。研究发现，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）会同时与FA⁺和Pb²⁺阳离子配位，显著降低α-FAPbI3的形成能垒，并延缓其结晶的动力学过程。同时，PVP均匀分布在钙钛矿厚膜内部并包裹钙钛矿晶粒，这使其在冷却过程中利用其高热膨胀系数（5.50×10−1 K−1）对α-FAPbI3（5.05 × 10−5 K−1）晶格施加压缩应变，有效抵消了FA⁺驱动的晶格膨胀，从而在室温下稳定了无合金化的α-FAPbI3。基于空气中加工的高质量α-FAPbI3厚膜（厚度：307 μm）所制备的单像素X射线探测器在暗电流满足TFT要求（98.5 nA cm−2）的前提下，实现了8750 μC Gyair−1 cm−2的高灵敏度；响应时间达毫秒级（上升/下降时间：4.77/6.62 ms）。在临床相关条件下（毫秒级X射线脉冲），该探测器在仅4.1 nGyair的超低剂量下即可实现有效图像采集，展现出卓越的低剂量成像能力。
团队进一步将该厚膜集成于256×256像素的商用TFT读出背板（有效面积3.2 cm×3.2 cm，像素间距126 μm），成功研制出高分辨率X射线面阵成像器件。该成像器件空间分辨率高达5.0 lp mm−1，达到理论极限的75%，优于众多商用X射线成像器件。在实时成像演示中，该器件以9帧/秒的帧率成功捕捉了旋转斩波轮的运动轨迹，且帧间残影仅为1.90%~3.36%，展现出优异的动态成像能力。
该工作以聚合物配位策略为核心，从结晶调控和晶格稳定两个维度协同解决了非合金化α-FAPbI3厚膜合成的核心难题，为实现兼具高灵敏度、超低剂量、快速响应和高分辨率动态成像的下一代钙钛矿X射线探测器提供了切实可行的技术路径。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省基础研究计划、中国辐射防护研究院平台自主科研项目开放基金和南京邮电大学高层次人才启动基金等项目的资助。
原文链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(26)00428-5
（撰稿：徐修文 编辑：徐伟 审核：谌静）
