在石墨烯上进行3D打印钙钛矿制造下一代X射线探测器

沉积钙钛矿柱的示例，定义了用于创建图像的像素。图片来源：EPFL L.Forró。

自从威廉·伦琴(WilhelmRöntgen)在1895年发现它们以来，X射线已成为医学成像的主要内容。实际上，在伦琴(Röntgen)的著名论文发表后不到一个月，康涅狄格州的医生就为男孩的手腕骨折拍了第一张X光片。

自那以来，已经取得了很大的进步。除了大多数人一生中至少拍摄过一次的射线照相以外，今天的X射线医学用途还包括荧光透视，癌症放射疗法和计算机断层摄影(CT)，该技术可以从不同角度对身体进行多次X射线扫描，然后将它们组合到计算机中，以生成人体的虚拟横截面“切片”。

但是，医学成像通常在低曝光条件下工作，因此需要具有成本效益的高分辨率探测器，并且该探测器必须以“低光子通量”运行。光子通量仅描述在给定时间有多少光子撞击检测器，并确定依次产生的电子数。

现在，由基础科学学院的LászlóForró领导的科学家已经开发出了这种设备。通过使用过的3-D气溶胶喷射印刷技术，他们开发了一种新颖的方法来生产高效的X射线探测器，该探测器可以轻松集成到标准微电子设备中，从而显着提高医学成像设备的性能。

新的探测器由石墨烯和钙钛矿组成，它们是由与金属结合的有机化合物组成的材料。它们用途广泛，易于合成，并且在包括太阳能电池，LED灯，激光器和光电探测器在内的广泛应用中处于最前沿。

本研究中开发的气溶胶喷射印刷方法的示意图。搅拌的甲基铵碘化铅钙钛矿溶液被氮气(N2)聚焦到喷嘴的预定位置。该材料的特殊性在于，在飞行中形成的纳米晶体不会在石墨烯基板上散布开来，从而可以创建3D架构。图片来源：Glushkova等ACS Nano。

气溶胶喷射印刷是一种相当新的技术，可用于在电阻器，电容器，天线，传感器和薄膜晶体管等3D印刷的电子组件上，甚至在手机等特定基材上印刷电子器件。

使用纳沙泰尔CSEM的气溶胶喷射印刷设备，研究人员在石墨烯基底上进行了3D印刷钙钛矿层的研究。这个想法是，在设备中，钙钛矿充当光子检测器和电子放电器，而石墨烯则放大输出的电信号。

该研究小组使用了甲基铵碘化铅钙钛矿(MAPbI3)，由于其引人入胜的光电性能以及低廉的制造成本，最近备受关注。研究团队的化学家EndreHorváth说：“这种钙钛矿具有重原子，可为光子提供高散射截面，并使该材料成为X射线检测的理想选择。”

结果是惊人的。该方法生产的X射线探测器具有最高的灵敏度，并且是同类最佳医学成像设备的四倍改进。

“通过将光伏钙钛矿与石墨烯一起使用，对X射线的响应大大提高了，”Forró说。“这意味着，如果我们在X射线成像中使用这些模块，则形成图像所需的X射线剂量可减少一千倍以上，从而降低了这种高能电离辐射对人体的健康危害。 ”

钙钛矿石墨烯检测器的另一个优点是使用它形成图像很简单。“它不需要复杂的光电倍增管或复杂的电子设备，”Forró说。“这可能是发展中国家的真正优势。”

这项研究发表在ACS Nano上。