锰(Ⅱ)配合物闪烁体的设计、合成及其X射线探测应用研究

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近年来,发光锰(Ⅱ)配合物由于具有高发光量子效率、易制备、低成本、低毒性等优点,在平板显示、信息加密、X射线探测与成像等领域显示出巨大的应用前景。其中,X射线探测成像成为近几年的研究热点。成像所用的核心部件闪烁体具有将电离辐射转化为可见光的能力,在X射线成像中起着至关重要的作用,可应用于辐射暴露监测、安全检查、太空探索和医学成像。发光锰(Ⅱ)配合物因其优异的光物理性能被认为是一种极具应用潜力的闪烁体材料。然而,目前锰(Ⅱ)配合物作为闪烁体在X射线探测成像领域的应用研究较少,亟待开发更多性能优异的新体系。在本论文中,我们选用不同类型的有机配体及制备方法,设计合成了一系列结构新颖、性能优异的锰(Ⅱ)配合物。我们对这些配合物的晶体结构、光物理性质和X射线闪烁特性进行了系统研究,此外,探索了锰(Ⅱ)配合物闪烁体在X射线成像领域的应用。本论文的研究工作如下:1.基于双齿膦氧配体锰(Ⅱ)配合物闪烁体的设计、合成与X射线探测应用研究;我们以氧杂蒽双齿膦氧化合物DDXPO为配体,通过调控配位数及配位方式,制备得到了两种新型锰(Ⅱ)配合物DDXPO-Mn Br2和[(DDXPO)2Mn Br]Br。首先研究了配合物的结构和光物理性质,其中,配合物[(DDXPO)2Mn Br]Br表现出独特的五配位结构,显示明亮的黄光发射,其光致发光量子效率高达93%,媲美常见四配位和六配位锰(Ⅱ)配合物。随后探究了配合物[(DDXPO)2Mn Br]Br的闪烁特性及稳定性,并基于该配合物制备的闪烁体薄膜对不同物体实施X射线成像。这是首例高效发光五配位锰(Ⅱ)配合物应用于X射线成像的研究。该研究不仅为高效发光锰(Ⅱ)配合物的设计和制备提供了指导,而且揭示了锰(Ⅱ)配合物作为闪烁体用于X射线成像的潜力。2.基于膦盐配体锰(Ⅱ)卤化物闪烁体的设计、合成与X射线探测应用研究;在本部分工作中,我们探索了通过简便合成方法得到一系列四配位有机-无机杂化金属锰(Ⅱ)卤化物。通过分析对比这些配合物的光物理性质,初步探究了配体类型和卤素原子对于配合物发光性质的影响。在紫外和X射线照射下,配合物均呈现强烈的绿色发光,光致发光量子效率均在85%以上。其中,卤化物(C22H22O2P)2Mn Br4的X射线闪烁性能最优,其光产额与商用Lu AG:Ce闪烁体相当,最低检测限低至17.96 n Gyair s-1,并实现了基于该类闪烁体薄膜的高分辨X射线成像。该工作为获得可实际用于X射线成像的锰(Ⅱ)卤化物闪烁体提供了新的设计思路,并启发我们深入思考闪烁体结构和性能之间的构效关系。
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