Os materiais híbridos baseados em bismuto permitem detectores de raios-X altamente sensíveis e ecológicos

A imagem de raios-X é indispensável em diagnóstico médico e caracterização do materials. Para gerar uma imagem, um detector converte raios-X que passam pelo objeto em sinais elétricos. A maior sensibilidade ao detector permite doses mais baixas de radiação, o que é particularmente importante em aplicações médicas.

Os detectores de raios X atualmente usados ​​consistem em compostos inorgânicos de elementos com números atômicos médio a alto. Nos últimos anos, os compostos inorgânicos de perovskita também foram testados como detectores de raios-X com resultados muito bons.

Inspirado em materiais perovskite

Agora, uma equipe liderada pelo especialista em detector de raios X Olena Maslyanchuk na HZB demonstrou que dois novos Bismuth baseados Materiais híbridos orgânicos-inorgânicos pode ser usado para detecção de raios-X altamente eficiente. Os dois materiais baseados em bismuto explorados neste trabalho ((CH₃Cap₂)₃S)₆Bi₈EU₃₀ e ((cap₃Cap₂)₃S) agbii₅foram inspirados no surgimento de perovskitas de halogeneto em dispositivos opto-eletrônicos e foram explorados pela primeira vez pelo Dr. Allan Starkholm durante seu doutorado. Trabalho de tese no Instituto Actual de Tecnologia Estocolmo, Suécia.

“Os altos números atômicos, lacunas de banda adequadas e características estruturais únicas os tornam ideais para detecção de raios-X”, diz Starkholm. “Eles contêm cátions estáveis ​​de sulfônio em vez dos cátions higroscópicos de amônio tradicionalmente usados ​​que são promissores para a estabilidade a longo prazo”.

Processo de fabricação ecológico

Em colaboração com o especialista em BAM Franziska Emmerling, foi utilizado um processo de fabricação particularmente ecológico: moagem de bolas. Isso produz pós policristalino que são então pressionados em pellets densos. Esses procedimentos também são estabelecidos na indústria.

Em colaboração com a equipe do Dr. Felix Lang na Universidade de Potsdam, os novos materiais foram avaliados quanto ao seu uso em detectores de raios-X. “Os resultados mostram que eles têm melhor desempenho que os detectores comerciais atuais, mesmo por longos períodos de tempo”, diz Starkholm. “De fato, eles demonstram sensibilidades até duas ordens de magnitude maiores que materiais comerciais, como selênio amorfo ou cdznte-e podem detectar doses de raios-X quase 50 vezes mais baixas”.

Além da extensa análise no laboratório, a equipe também estudou as amostras na linha de feixe KMC-3 XPP em Bessy II. Os detectores mantiveram uma resposta estável durante a irradiação pulsada de raios-X sob fluxo de fótons de alta intensidade, sem degradação mensurável no desempenho observado após a exposição, destacando a robustez do detector Materiais.

Outlook para transferência de tecnologia

“Mostramos que esses materiais totalmente novos baseados em bismuto são excelentes candidatos à detecção de raios-X. Nossos resultados destacam oportunidades interessantes para expandir a pesquisa de materiais híbridos na HZB além da fotovoltaica, dentro e além do campo de perovskita. Detectores de raios X mais sensíveis permitiriam reduzir significativamente exposição à radiação durante a imagem de raios-X “, diz Maslyanchuk.

A transferência de tecnologia é a próxima etapa. “Existem tantas empresas interessantes em Adlershof que poderíamos trabalhar em conjunto para otimizar o desenvolvimento de tais detectores de raios-X”, diz Starkholm.