河北大學張海磊副教授、楊豔民教授《自然·通訊》：具有輻射發光性能的高分子複合材料及其在輻射監測、柔性成像和資訊防偽等領域的應用

X射線閃爍體是一類可以將高能X射線輻射轉換為可見或近可見光的特殊材料，在輻射探測、安全檢測、醫學成像、資訊加密和航空航太等領域具有廣泛的應用前景。現有X射線閃爍體材料主要以無機晶體材料為主，其與聚合物基材的相容性和水分散性均較差，難以獲得良好的可加工性能，因此在柔性材料領域的應用受到嚴重限制。開發具有優良水分散性、低毒性、與聚合物基質相容性良好、室溫下對X射線高度敏感且可加工成柔性基質的X射線閃爍體材料仍是該領域的重點研究方向和難點。

埃洛石納米管，是由1:1型鋁矽片層在自然條件下捲曲而成的一種具有特殊中空管狀結構的納米材料。埃洛石納米管較大的空腔體積，及表面弱電荷導致的粒子間斥力，使其具有良好的水分散性。此外，埃洛石納米管具有良好的生物相容性、低毒性、穩定性、低成本和易於表面改性等優勢。

針對上述問題和背景，河北大學張海磊副教授、楊豔民教授與根特大學Richard Hoogenboom教授等人合作，開展了如下工作：作者將檸檬酸配體分子修飾在埃洛石納米管表面，在納米管表面原位合成鋱基X射線閃爍體，並將其粒徑控制在納米尺度。合成的納米複合材料(HNTs@Na₅Lu₉F₃₂:Tb³⁺)可在X射線輻射下發射強綠色螢光，在X射線照射的開關切換後顯示出同步放射性發光行為，具有良好的水分散性、穩定性和低毒性，且與聚合物具體的相容性顯著改善。我們進一步針對不同領域的應用開發了三種材料：1）具有輻射致發光特性的聚氨酯複合多孔泡沫材料，可進一步與可穿戴材料複合，用於輻射洩露即時監測。2）可用于X射線成像柔性水凝膠閃爍體螢幕，為非曲面成像系統的構建提供有益嘗試。高長徑比納米材料的引入顯著改善了柔性閃爍體屏的力學性能。3）用於多級防偽資訊加密的複合水凝膠，其在自然光下無法讀取資訊，紫外光下呈現“偽資訊”，真實資訊僅可在X射線下呈現。上述研究成功拓展了X射線閃爍體材料在柔性複合材料領域的應用，也為高分子複合材料的精細化和高附加值化發展提供有力支援。

上述研究工作發表在《Nature Communications》期刊。本項研究工作得到了國家自然科學基金委（Nos. 22102045 & 12374373）和國家留學基金委（No. 202108130104）的經費支持。

來源：高分子科學前沿
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