由于X射线极强的穿透能力，X射线成像装备在医疗影像、工业检测、核工业等领域扮演着重要的角色。X射线成像原理主要分为直接型和间接型，虽然经过了几十年的发展，主流的间接型成像装备仍然存在灵敏度低、分辨率差、物质种类（密度，内部结构）分析能力差等瓶颈；而直接型成像装备虽然理论性能更好，但是仅有非晶硒和碲锌镉单晶得以商业化，前者性能较差，后者成本极高且生长难度大，均难以大规模推广。更重要的是，X射线成像装备领域曾经几乎被国外垄断。科技日报曾评价我国在该领域的问题为：拙顿的探测器模糊了医学影像，是什么卡了我们大脖子？近日，材料学院李晓明教授等在上述领域取得重要突破，相关成果发表在国际知名期刊Science Advances、Small等。
前期，李晓明教授等从X射线成像关键材料出发，发展了一类高性能闪烁体新材料（Nat. Commun. 2021, 12, 3879），并探索了其大面积膜制备工艺和成像原型样机的演示（J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 13, 2862）。基于上述工作基础，李晓明等创新性地提出了一种“多层彩色X射线成像系统”，解决了目前多能X射线成像领域辐射剂量高（双源X射线切换模式）和结构复杂（多层探测器）等问题，首次实现了彩色化、且携带物体密度信息的能量分辨X射线成像：
1、通过能量硬化层的设计和优化，叠层闪烁体可以实现X射线能量/物体密度色彩分辨的成像。结果显示，随着物体密度的变化，成像光谱可以线性地从一种颜色渐变到另一种颜色。
2、针对密度较大的区域产生的成像灰度较低的问题，开发的深度优先搜索算法平衡了成像色彩亮度，增强了彩色X射线成像结果的整体视觉感知力。该项工作为生理病灶、工业检测色彩化定位提出了一种成像新范式。相关成果以“Density-Discriminating Chromatic X-ray Imaging Based on Metal Halide Nanocrystal Scintillators”为题发表在Science Advances上，论文第一作者为材料学院博士研究生胡旭东，共同通讯作者为南京理工大学李晓明和曾海波教授。
金属卤化物钙钛矿半导体材料由于其高X射线吸收系数以及优异的载流子传输效率，在直接式X射线成像器件领域引起广泛关注。通常，需要几百微米厚的钙钛矿层来完全吸收X射线，且吸收层的面积至少要达到100 cm2，以满足实际应用需求。然而，制备几百微米厚且均匀致密的大面积钙钛矿吸收层一直以来是行业内的难点。针对此，李晓明教授等提出了一种基于同质桥接原理的大面积钙钛矿厚膜制备工艺。该项工作采用微量弱离子配位溶剂和预合成的钙钛矿微晶粉末获得稳定且契合刮涂工艺的过饱和浆料，并通过控制浆料的浓度来达到最佳的刮涂粘度。利用饱和溶液在退火过程中产生的小晶粒填补由溶剂挥发所产生的孔隙，并连接周围原有的大晶粒，从而形成结构致密的整体。基于上述厚膜制备的器件具有3.26×104 μC Gyair−1 cm−2的高灵敏度，且在X射线下具有良好的响应和工作稳定性。最后，将高质量大面积厚膜与薄膜晶体管 (TFT) 衬底集成，初步实现了直接式X射线成像。该项工作为制备大面积均匀致密的卤化物钙钛矿厚膜提供了一种简单有效的方法，推动了基于钙钛矿材料的直接式X射线平板探测器的发展。相关成果以“Homogeneous Bridging Induces Compact and Scalable Perovskite Thick Films for X-Ray Flat-Panel Detectors”为题发表在《Small》上。论文第一作者为材料学院硕士研究生柴英俊，共同通讯作者为南京理工大学李晓明和曾海波教授。
由于近年来在金属卤化物X射线成像领域的突出贡献，李晓明教授受国际知名期刊《ACS Energy Letters》主编Kamat教授的邀请，撰写了该领域的“perspective”，详细论述了领域的发展瓶颈和发展方向，并指出了领域中的一些研究误区，给出了一些合理的建议。X射线成像相关的实验研究得到了杭州钛光科技有限公司的大力支持，并开展了紧密的产学研合作，相关成果也得到了转化和应用，已开发出第一代X射线成像装备并应用到牙科CBCT整机厂商，得到了较好的评价。
上述研究成果得到了国家自然科学基金委优秀青年基金、江苏省基础研究计划优秀青年基金、南京理工大学中央高校基本科研业务费（交叉与原创专项）的支持。
