Fabbricazione ecologica di materiali ibridi come rivelatori di raggi X altamente sensibili
La produzione è ecologica grazie alla macinazione a sfere senza solventi
I nuovi materiali ibridi organico-inorganici a base di bismuto mostrano un'eccezionale sensibilità e stabilità a lungo termine come rivelatori di raggi X, significativamente più sensibili dei rivelatori di raggi X commerciali. Inoltre, questi materiali possono essere prodotti senza solventi mediante macinazione a sfere, un processo di sintesi meccanochimica che è ecologico e scalabile. Rivelatori più sensibili consentirebbero di ridurre l'esposizione alle radiazioni durante gli esami a raggi X.
La polvere viene macinata finemente con biglie e poi pressata in una pallina compatta che può essere utilizzata come rivelatore.
© BAM/HZB
L'imaging a raggi X è indispensabile nella diagnostica medica e nella caratterizzazione dei materiali. Per generare un'immagine, un rivelatore converte i raggi X che attraversano l'oggetto in segnali elettrici. Una maggiore sensibilità del rivelatore consente di ridurre le dosi di radiazioni, il che è particolarmente importante nelle applicazioni mediche.
I rivelatori di raggi X attualmente utilizzati sono composti inorganici di elementi con numero atomico medio-alto. Negli ultimi anni, anche i composti inorganici di perovskite sono stati testati come rivelatori di raggi X con ottimi risultati.
Ispirati dai materiali di pervoskite
Ora, un team guidato dalla professoressa Olena Maslyanchuk, esperta di rivelatori di raggi X presso l'HZB, ha dimostrato che due nuovi materiali ibridi organici-inorganici a base di bismuto possono essere utilizzati per una rivelazione di raggi X altamente efficiente. I due materiali a base di bismuto esplorati in questo lavoro, [(CH3CH2)3S]6Bi8I30 e [(CH3CH2)3S]AgBiI5, sono stati ispirati dall'emergere delle perovskiti di alogenuri nei dispositivi optoelettronici e sono stati esplorati per la prima volta dal Dr. Allan Starkholm durante il suo lavoro di tesi di dottorato presso il Royal Institute of Technology di Stoccolma, Svezia.
L'elevato numero atomico, l'adeguato band gap e le caratteristiche strutturali uniche le rendono ideali per il rilevamento dei raggi X", spiega Starkholm: "Contengono cationi di solfuro stabili invece dei cationi di ammonio igroscopici tradizionalmente utilizzati, che sono promettenti per la stabilità a lungo termine".
Processo di produzione ecologico
In collaborazione con l'esperta BAM Franziska Emmerling, è stato utilizzato un processo di produzione particolarmente ecologico: la macinazione a sfere. Questo processo produce polveri policristalline che vengono poi pressate in pellet densi. Questi procedimenti sono consolidati anche nell'industria.
Fino a 50 volte più sensibile
In collaborazione con il team del Dr. Felix Lang dell'Università di Potsdam, i nuovi materiali sono stati valutati per il loro utilizzo nei rivelatori a raggi X. I risultati dimostrano che hanno prestazioni migliori rispetto agli attuali rivelatori commerciali, anche per lunghi periodi di tempo", afferma Starkholm. Infatti, dimostrano una sensibilità fino a due ordini di grandezza superiore a quella dei materiali commerciali, come il selenio amorfo o il CdZnTe, e possono rilevare dosi di raggi X quasi 50 volte inferiori", afferma Starkholm.
Oltre a un'analisi approfondita in laboratorio, il team ha anche studiato i campioni alla linea di fascio KMC-3 XPP di BESSY II. I rivelatori hanno mantenuto una risposta stabile durante l'irradiazione pulsata di raggi X in presenza di un flusso di fotoni ad alta intensità, senza alcun degrado misurabile delle prestazioni osservato dopo l'esposizione, evidenziando la robustezza dei materiali del rivelatore.
Prospettive di trasferimento tecnologico
Abbiamo dimostrato che questi materiali completamente nuovi a base di bismuto sono ottimi candidati per la rilevazione dei raggi X. I nostri risultati evidenziano interessanti opportunità per espandere la ricerca sui materiali ibridi presso l'HZB al di là del fotovoltaico, sia all'interno che all'esterno del campo delle perovskiti. Rivelatori di raggi X più sensibili consentirebbero di ridurre significativamente l'esposizione alle radiazioni durante l'imaging a raggi X", afferma Olena Maslyanchuk.
Il trasferimento tecnologico è il passo successivo. Ci sono molte aziende interessanti ad Adlershof con cui potremmo collaborare per ottimizzare lo sviluppo di questi rivelatori di raggi X", afferma Starkholm.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Allan Starkholm, Dominik Al‐Sabbagh, Sema Sarisozen, Alexander von Reppert, Matthias Rössle, Markus Ostermann, Eva Unger, Franziska Emmerling, Lars Kloo, Per H. Svensson, Felix Lang, Olena Maslyanchuk; "Green Fabrication of Sulfonium‐Containing Bismuth Materials for High‐Sensitivity X‐Ray Detection"; Advanced Materials, 2025-4-10
Altre notizie dal dipartimento scienza
