人工智能的飞速发展对芯片封装、光模块、冷却模块等AI基建的需求急剧增加，集成度的飞速提升和极高容错率要求对高速、高空间分辨无损检测提出了更高的要求，而X射线成像技术是满足上述要求的首选。
X射线成像原理分为直接型和间接型两种。间接型探测器是利用闪烁体材料将X射线转换成可见光，再通过光电二极管转换为电信号。而直接型探测器则是通过半导体材料直接将X射线转换成电信号，具有较高的理论探测效率和空间分辨率。但是，经过几十年的发展，仅有非晶硒和碲锌镉得以商业化，前者性能较差，后者成本极高且生长难度大，均难以大规模应用。而当前热门的钙钛矿X射线平板探测器则面临着一个关键挑战，即器件中多个集成界面的缺陷极大限制其空间分辨率。
针对上述挑战，近日，材料科学与工程学院李晓明教授等取得重要进展。相关成果以“Ion Diffusion-Induced Multi-Interface Reconstruction for High-Resolution Perovskite X-Ray Flat-Panel Detectors”为题发表在《Advanced Materials》上。论文第一作者为材料学院博士研究生柴英俊和瑞典林学平大学欧翔宇，通讯作者为李晓明教授以及瑞典林雪平大学高峰教授（论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74479）。团队巧妙利用了卤化物钙钛矿中卤素离子扩散现象来实施界面重构策略。揭示了基于菲克定律引导的离子扩散过程，可穿数百微米厚的钙钛矿层，由此引发的离子交换反应可以有效促进晶粒的融合生长，从而钝化厚膜多界面缺陷且构建出梯度能带排列结构，以促进载流子的传输与收集。基于此，该原型钙钛矿探测器展现出76.9%的探测量子效率，并与TFT基板高效集成，可在低辐射剂量（0.98 µGyair）下实现高分辨率X射线成像。在多晶钙钛矿直接转换型X射线探测器中实现了创纪录的空间分辨率（6.2 lp mm⁻¹），且具有8.5 × 8.5 cm²（1024×1024像素）的大成像区域。
在间接型成像方面，虽然经过了40年的发展，传统探测材料CsI:Tl和GOS闪烁体在灵敏度、余辉和分辨率等方面存在久攻未克之平衡难题。基于李晓明教授等前期开发的新型高性能Cs3Cu2I5闪烁体材料，团队进一步发展了适用于规模化生产的绿色粉末原料制备及大尺寸厚膜单源真空蒸镀技术，所集成的X射线平板探测器表现出优异的综合成像性能，像素响应非均匀性（PRNU）仅为0.16%，无几何放大条件下空间分辨率达到3.7 lp mm-1，几何放大成像分辨率最高达到71.8 lp mm-1，同时具有低余辉、高灵敏度和良好的环境稳定性。进一步结合时空Transformer机器学习框架，团队实现了高质量稀疏投影CT重建，并完成了锂电池等样品的高保真三维成像，为高分辨、高速、低剂量X射线成像提供了新的技术方案。相关成果以“Vertically-Structured Large-Scale Cs3Cu2I5:Tl Scintillator Film: A New Choice for Commercial Flat Panel Detectors”为题发表于国际权威期刊《Advanced Functional Materials》（论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.77036）。材料科学与工程学院王志成与杭州钛光科技王储劼博士为论文共同第一作者，李晓明教授为论文通讯作者。南京理工大学为上述两项成果的第一完成单位。
相关工作得到了国家自然科学基金、重点研发计划等项目的支持。
