华南理工大学夏志国教授团队发表关于透明陶瓷闪烁体的最新研究成果

X射线成像凭借深层穿透性和实时动态性，在无损检测与生物医学诊断中不可或缺。然而，在复杂场景下，非目标材料产生的散射伪影会严重降低X射线成像的空间分辨率和对比度。将具有深穿透能力的X射线与低散射特性的近红外（NIR）光相结合，构建双模融合成像系统，是解决这一技术瓶颈的有效策略之一。近年来，X射线激发NIR闪烁体发展迅速，但这类材料普遍依赖重金属卤化物以提升光产额，存在环境稳定性差、固有毒性及辐照老化等缺陷。相比之下，氧化物透明陶瓷兼具优异的光产额、良好的机械强度与化学稳定性，其中可见光发射的Gd₂O₂S:Pr和Lu₃Al₅O₁₂:Ce等陶瓷均已实现商业化。因此，研制基于氧化物透明陶瓷的X射线激发NIR闪烁体，具有重要的研究价值与广阔的应用前景。

华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的夏志国教授课题组，成功制备出了直径45 mm的晶圆级MgO:Li⁺,Cr³⁺透明陶瓷闪烁体，其光产额为25683 Ph/MeV、检测限为0.84 μGy/s，同时表现出超过120分钟的余辉发光。基于该材料，研究人员进一步实现了X射线/近红外双模态融合成像，不仅有效抑制了散射伪影，还可穿透5 mm厚的猪肉组织，实现对软体机器人的原位定位。

研究人员通过放电等离子烧结技术，制备出了直径为45 mm的晶圆级MgO: Li⁺,Cr³⁺透明陶瓷闪烁体。Li⁺作为电荷补偿剂，可有效调控Cr³⁺离子的局域晶体场环境，使陶瓷的近红外发射峰从810 nm蓝移至722 nm，并在750 nm处呈现宽肩峰，该发射光谱与红敏CMOS探测器的最佳响应范围完美匹配，为成像性能优化提供了基础。此外，MgO:Li⁺,Cr³⁺陶瓷还具有25683 Ph·MeV^-1的高光产额、0.84 μGy·s^-¹的低探测限、以及组织等效的原子序数（Z_eff ≈ 10.8），适配生物医学成像需求。

进一步研究表明，晶体结构中存在与氧空位相关的深陷阱（1.18 eV）。在X射线激发下，该陷阱能够捕获电子并缓慢释放，由此实现了超过120分钟的持续发光，赋予该陶瓷优异的辐射信息存储能力。基于上述特性，研究人员构建了高性能X射线/近红外双模态融合成像系统，有效消除了传统X射线成像中的散射伪影；同时，利用其近红外余辉可穿透5 mm厚猪肉组织的优势，成功验证了该材料用于软体机器人原位定位的可行性。本工作为高性能近红外透明陶瓷闪烁体的设计与制备提供了新的思路，同时凸显了其在生物医学成像、工业无损检测等前沿领域的应用潜力。