3-D-printede perovskiter på grafen laver næste generations røntgendetektorer

Siden Wilhelm Röntgen opdagede dem i 1895, Røntgenstråler er blevet en fast bestanddel af medicinsk billeddannelse. Faktisk, knap en måned efter at Röntgens berømte blad blev udgivet, læger i Connecticut tog det første røntgenbillede nogensinde af en drengs brækkede håndled.

Der er sket mange fremskridt siden. Bortset fra røntgenbilleder, som de fleste mennesker har taget mindst én gang i deres liv, nutidens røntgenmedicinske anvendelser omfatter fluoroskopi, strålebehandling mod kræft, og computertomografi (CT), som tager flere røntgenscanninger af kroppen fra forskellige vinkler og derefter kombinerer dem i en computer for at generere virtuelle tværsnits "skiver" af en krop.

Ikke desto mindre, medicinsk billeddannelse fungerer ofte med lav eksponeringstilstand, og kræver derfor omkostningseffektive, højopløsningsdetektorer, der kan fungere ved det, der kaldes en "lav fotonflux". Fotonflux beskriver simpelthen, hvor mange fotoner der rammer detektoren på et givet tidspunkt og bestemmer antallet af elektroner, den genererer igen.

Nu, videnskabsmænd ledet af László Forró ved School of Basic Sciences har udviklet præcis sådan en enhedsenhed. Ved at bruge brugt 3-D aerosol jetprintning udviklede de en ny metode til fremstilling af højeffektive røntgendetektorer, der let kan integreres i standard mikroelektronik for betydeligt at forbedre ydeevnen af ​​medicinsk billeddannende udstyr.

De nye detektorer består af grafen og perovskiter, som er materialer opbygget af organiske forbindelser bundet til et metal. De er alsidige, let at syntetisere, og er på forkant med en bred vifte af applikationer, herunder i solceller, LED lys, lasere, og fotodetektorer.

Aerosol jet-print er ret nyt, og bruges til at lave 3-D-printede elektroniske komponenter som modstande, kondensatorer, antenner, sensorer, og tyndfilmstransistorer eller endda printelektronik på et bestemt substrat, som tilfældet med mobiltelefon.

Ved at bruge aerosol-jetprinteren på CSEM i Neuchatel, forskerne 3-D-printede perovskitlag på et grafensubstrat. Tanken er, at i en enhed, perovskitten fungerer som fotondetektor og elektronudlader, mens grafen forstærker det udgående elektriske signal.

Forskerholdet brugte methylammonium blyiodid perovskite (MAPbI3), som for nylig har tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af dets fascinerende optoelektroniske egenskaber, som passer godt sammen med dens lave fremstillingsomkostninger. "Denne perovskit har tunge atomer, som giver et højt spredningstværsnit for fotoner, og gør dette materiale til en perfekt kandidat til røntgendetektion, " siger Endre Horváth, forskerholdets kemiker.

Resultaterne var forbløffende. Metoden producerede røntgendetektorer med rekordfølsomhed og en firedobling af de bedste medicinske billedbehandlingsenheder i klassen.

"Ved at bruge fotovoltaiske perovskiter med grafen, reaktionen på røntgenstråler er steget voldsomt, " siger Forró. "Det betyder, at hvis vi ville bruge disse moduler i røntgenbilleder, den nødvendige røntgendosis for at danne et billede kan reduceres med mere end tusind gange, mindsker sundhedsfaren ved denne højenergiske ioniserende stråling til mennesker."

En anden fordel ved perovskit-grafen-detektoren er, at det er nemt at danne billeder ved hjælp af den. "Den behøver ikke sofistikerede fotomultiplikatorer eller kompleks elektronik, " siger Forró. "Dette kunne være en reel fordel for udviklingslandene."

Undersøgelsen er publiceret i ACS Nano .