Perovskiittituikeaineet röntgenkuvantamisessa

Abstract

Epäsuoraa röntgensäteilyn havaitsemista hyödynnetään lääketieteellisessä diagnostiikassa, teollisuudessa ja turvatarkastuksissa. Lääketieteelliseen kuvantamiseen liittyvät sovellukset vaativat korkeaenergisten fotonien havaitsemista, johon tuikeaineet ovat oivallisia. Tuikeaineet ovat luminoivia materiaaleja, jotka pystyvät muuttamaan tuikeilmiön avulla röntgensäteet UV/Vis-säteilyksi. Edistysaskeleet luminoivien materiaalien kehittämisessä ja karakterisoinnissa ovat luoneet mahdollisuuden tutkia uusia tuikeaineita perinteisten tuikeaineiden tilalle. Perinteisten tuikeaineiden valmistus perustuu tyypillisesti korkean lämpötilan kiteenkasvatukseen, harvinaisten maametallien seostukseen ja hienostuneisiin laitteisiin, mikä johtaa tuotantokustannusten ja energiankulutuksen kasvuun sekä haasteisiin massatuotannossa. Tämän vuoksi niitä pyritään korvaamaan materiaaleilla, jotka ovat tehokkaita ja kestäviä ja joilla on pienet tuotantokustannukset. Lisäksi kaivataan lyijyttömiä materiaaleja ympäristöystävällisyyden parantamiseksi. Perovskiiteiksi kutsutaan materiaaleja, joilla on kalsiumtitanaattia (CaTiO3) vastaava kiderakenne. Ne ovat kiteisiä puolijohdemateriaaleja, joilla on säädettävissä olevat rakenteelliset ja optiset ominaisuudet. Erityisesti metallihalidiperovskiittien (MPH) on havaittu sopivan perinteisten tuikeaineiden, kuten CsI:Tl ja NaI:Tl, tilalle. Monet perovskiittituikemateriaalit voidaan valmistaa matalan lämpötilan liuospohjaisilla menetelmillä hyödyntämällä edullisia ja helposti saatavilla olevia lähtöaineita. Metallihalidiperovskiiteilla yleisin rakenne on ABX3-kiderakenne, missä A-kationi on tyypillisesti Cs+, B on kaksiarvoinen metallikationi ja X on halogeeni Cl−, Br− tai I−. Kationin, metallin ja halogeenin valinnalla voidaan vaikuttaa tuikeaineiden koostumukseen sekä kiderakenteeseen, joiden avulla pystytään vaikuttamaan materiaalin ominaisuuksiin. Perovskiittipohjaiset tuikeaineet ovat osoittaneet hyviä tuikeaineille tyypillisiä optisia ja rakenteellisia ominaisuuksia. Näitä ovat esimerkiksi hyvä säteilyn absorptiokyky, nopea vasteaika, korkea luminesenssin kvanttisaanto sekä avaruudellinen resoluutio. Nanorakenteiset tuikeaineet luovat uusia innovaatioita, kuten komposiittikalvoja, ohutkalvoja, metalliorgaanisia runkorakenteita (MOF) sekä orgaanis-epäorgaanisiahybridimateriaaleja ionisoivan säteilyn havaitsemiseen. MPH-materiaalien muita sovelluksia ovat esimerkiksi aurinkokennot, LED:it sekä laserit.