科学家开发用于光电技术的高抗冲击材料

每天，人们都在从科学家和工程师的工作中获益，他们致力于制造更有效的X光机、电脑、手机和电视。佛罗里达州立大学的研究人员正在突破这些技术的界限，为这些设备开发新的更具成本效益和环保的材料

FSU化学与生物化学教授马必武和他的实验室多年来一直在探索使用被称为有机金属卤化物杂化物或OMHHs的杂化材料。这些材料将有机分子与金属卤化物单元结合在一起，形成具有易于操纵特性的结构，用于太阳能电池、发光二极管（LED）等。今年秋天，他们与这些材料的各个方面相关的工作发表在三种不同的科学期刊上

马说：“我们的团队被广泛认为是开发这种新型混合材料的先驱，这种材料被称为有机金属卤化物混合材料或OMHHs。”。“这些材料的迷人之处在于其独特的结构和性能可调性——就像组装乐高积木一样，我们可以以无数种方式将有机和金属卤化物积木结合起来，生产出具有各种功能的材料，用于各个行业。”在11月发表在《先进材料》杂志上的一篇文章中，马的团队展示了零维或0D OMHH与金属卤化物钙钛矿结合时如何作为发光材料，生产出高性能的白光LED。研究人员堆叠了两层发射材料——一层发射蓝光，另一层发射橙光和红光——以产生白光

除了将电能转化为LED中的可见光外，0D OMHH还可以将X射线辐射等高能辐射转化为可见光。这使得它们非常适合用于X射线闪烁体，这些闪烁体在医学成像、安全筛查和工业化学测试中起着至关重要的作用。闪烁体允许在牙医处或机场安检处对牙齿或行李进行成像，除其他用途外，传统上由需要昂贵、高温和高压制造的无机材料制成。

作为2020年第一个报告使用低成本、环保的0D OMHH作为X射线闪烁体的研究小组，马的团队一直处于推进这项技术的最前沿。多年来，该团队在LED方面的工作得到了美国国家科学基金会的持续支持，发表了十几篇备受瞩目的出版物，并培养了多名博士生

化学与生物化学系主任魏扬说：“毕武是一位极具影响力的化学家，他在职业生涯中取得的成就令人惊叹。”。“他不仅以设计具有‘梦想’特性的材料而闻名，而且以开发新概念和用他的工作指导材料设计领域而闻名。”在9月发表在《高级功能材料》杂志上的另一项研究中，马和他的团队描述了一种新形式的0D OMHHs，即溶液处理的非晶薄膜，如何用于生产大面积X射线闪烁体。在这项工作之前，几乎所有基于0D OMHH的X射线闪烁体都依赖于溶液生长的单晶，这需要时间密集的合成，并受到尺寸限制的限制。马的团队利用OMHH的非晶态特性，促进了高性能、可溶液处理的闪烁体的创造

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该团队正在与多个研究机构合作，探索放射治疗和光子计数计算机断层扫描（一种放射学技术）的应用。他们还与工业合作者合作，将基于0D OMHH的闪烁体商业化，这种闪烁体可以使用地球上丰富的无毒原材料经济高效地生产

杨说：“毕武非常有创造力，他的想法中蕴含着非凡的洞察力。”。“他的学生们说，虽然毕武的想法起初看起来令人难以置信，但它们总是很有效。该系在师资队伍建设方面付出了巨大的努力，并观察到令人难以置信的科学家成长为各自研究领域的前沿学者，毕武就是一个光辉的榜样。”在11月发表的《美国化学会能源快报》的一篇文章中，马的团队与洛斯阿拉莫斯国家实验室和布法罗大学的研究人员合作，探索了0D OMHHs在将X射线转换为电信号的直接X射线探测器中的应用

直接X射线探测器广泛应用于医学成像和安检，传统上使用硅和硒等材料，这些材料在性能、适应性和成本方面都有局限性。虽然金属卤化物钙钛矿等材料因其增强X射线检测的潜力而受到关注，但不稳定性和毒性仍然是广泛采用的重大障碍

该团队证明，0D OMHHs提供了一种环保、低成本的替代品，具有高灵敏度、低检测限和固体稳定性等优点，使这些材料成为从医学诊断和成像到安全和科学研究等一系列应用的有前景的选择。马为这些基于OMHH的直接X射线探测器提交了美国专利申请，该团队正在寻求与合作者的资助，以进一步推进这项技术

马说：“自2017年我们发表第一篇关于这些材料的论文以来，我们不断探索新的成分、结构、性能、功能和应用，我们的工作范围很广。”。“我们认为0D OMHH是一个非常通用的材料平台，在众多应用中具有超越现有材料的巨大潜力。”