河北大学张海磊杨艳民&根特大学Hoogenboom团队：具有X射线闪烁发光性能柔性复合材料的合成及应用

X射线闪烁体是一类可以将高能X射线辐射转换为可见或近可见光的特殊材料，在辐射探测、安全检测、医学成像、信息加密和航空航天等领域具有广泛的应用前景。开发具有优良水分散性、低毒性、与聚合物基质相容性良好、室温下对X射线高度敏感且可加工成柔性基质的X射线闪烁体材料仍是该领域的重点研究方向和难点。

埃洛石纳米管，是一种具有特殊中空管状结构的天然纳米材料。埃洛石纳米管较大的空腔体积，及表面弱电荷导致的粒子间斥力，使其具有良好的水分散性。此外，埃洛石纳米管具有良好的生物相容性、低毒性、稳定性、低成本和易于表面改性等优势，是构建纳米复合材料的理想基底。上述特点启发我们以其为基材，制备具有X射线闪烁特性的纳米复合材料。

针对上述问题和背景，河北大学张海磊副教授、杨艳民教授与根特大学Richard Hoogenboom教授等人合作，开展了如下工作：作者将柠檬酸配体分子修饰在埃洛石纳米管表面，在纳米管表面原位合成铽基X射线闪烁体，并将其粒径控制在纳米尺度。其在X射线照射的开关切换状态下显示出同步放射性发光行为，具有良好的水分散性、稳定性和低毒性，且与聚合物具体的相容性显著改善。

我们进一步针对不同领域的应用开发了三种材料：1）具有辐射致发光特性的聚氨酯复合多孔泡沫材料；2）可用于X射线成像柔性水凝胶闪烁体屏幕，为非曲面成像系统的构建提供有益尝试；3）用于多级防伪信息加密的复合水凝胶，真实信息仅可在X射线下读取。上述研究成功拓展了X射线闪烁体材料在柔性复合材料领域的应用，也为高分子复合材料的精细化和高附加值化发展提供有力支持。

上述研究工作发表在Nature Communications期刊中，原文链接如下：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-46287-8。

图1. 合成路线图

图2. 基于HNTs@Na5Lu9F32:Tb3+制备的具有X射线辐射发光性能的复合泡沫材料。a-c 原始PUF泡沫材料的扫描电镜照片；d-g 复合泡沫材料的扫描电镜照片；n 复合泡沫材料的外观；h-m 扫描电镜能谱分析（(i-Al, m-Si, k-Na, l-F, m-Tb）；o 复合泡沫加工为特定形状；p 全尺寸模特可穿戴示意图；q 基于HNTs@Na5Lu9F32:Tb3+制备的具有X射线辐射发光性能环氧树脂复合材料；r 环氧树脂复合材料透明度示意；s 复合泡沫材料在低剂量X射线辐射发光状态下的照片；t 环氧树脂复合材料在低剂量X射线辐射发光状态下的照片

图3. 基于HNTs@Na5Lu9F32:Tb3+制备的多层复合信息加密水凝胶。a 制备流程；b 自然光线下的水凝胶外观图（无信息显示）；c&d 水凝胶的可弯曲性和扭曲性展示；e 紫外光下水凝胶的“伪信息”呈现；f X射线下水凝胶的真实信息呈现（由于ET两字母仅在紫外光照下发光，而在X射线下不发光，所以仅呈现HBU三个字母的发光图像，以此实现信息防伪和加密）

作者感谢国家自然科学基金委（Nos. 22102045 & 12374373）和国家留学基金委（No. 202108130104）的大力支持。

研究团队 | 作者

酥鱼 | 编辑