我院陈大钦教授课题组在杂化稀土卤化物玻璃领域取得进展

  近日，我院陈大钦教授课题组在多功能杂化金属卤化物玻璃研究方面取得新进展。课题组通过稀土离子掺杂策略，成功构筑了具有多发光中心的透明杂化金属卤化物玻璃，实现了组分、激发波长和温度协同调控的多维发光，并将其应用于高分辨X射线成像与多级光学信息防伪。相关研究成果以“Lanthanide-Doped Hybrid Metal Halide Glasses with Multidimensional Luminescence for X-Ray Imaging and Photonic Authentication”为题，发表于国际材料领域权威期刊《Advanced Functional Materials》。

杂化金属卤化物玻璃兼具有机组分的可加工性、无机发光单元的光学功能及非晶材料的结构均匀性，在X射线闪烁成像领域受到广泛关注。与传统粉体复合闪烁屏相比，玻璃材料能够有效减少颗粒界面引起的光散射，并可通过熔融加工实现不同形状器件的直接成型。然而，目前报道的杂化金属卤化物玻璃大多以Mn²⁺、Sb³⁺或Cu⁺等单一发光中心为主，发光颜色及光谱响应的调控方式相对有限，制约了其在多功能光学器件中的进一步应用。引入具有特征4f-4f跃迁的稀土离子，有望拓展发光通道，但不同金属离子间的配位特性及能量传递过程，也对玻璃形成和发光性能调控提出了新的挑战。

针对上述问题，课题组以零维BTP₂MnCl₄杂化金属卤化物为基质，通过一步熔融-淬冷法成功制备了Eu³⁺掺杂的透明玻璃，并可直接加工为不同形状的宏观样品。X射线衍射、差示扫描量热、红外及拉曼光谱等表征结果表明，Eu³⁺的引入未破坏玻璃的非晶结构及主要局域结构特征。光谱研究发现，玻璃中Mn²⁺的绿色宽带发光与Eu³⁺的红色特征发光相互结合，通过改变Eu³⁺掺杂浓度和激发波长，可实现从绿色到红色的连续发光调控。进一步结合激发光谱与时间分辨发光测试，证实了Mn²⁺向Eu³⁺的能量传递过程。此外，两种发光中心具有不同的热响应特性，使材料能够随温度变化呈现差异化的光谱和发光颜色，为多维光学调控提供了基础。

在X射线闪烁性能方面，所制备玻璃表现出良好的辐射能量转换能力与稳定性，最高光产额达到18,843 photons·MeV⁻¹，最低X射线探测限为26.7 nGy·s⁻¹。得益于玻璃基质的光学均匀性，厚度为2 mm的样品在650~1200 nm波段的透过率超过80%，并实现了28.5 lp·mm⁻¹的成像空间分辨率。基于该玻璃闪烁屏，课题组成功获得了微芯片内部线路及中性笔内部金属构件的清晰X射线图像。同时，通过组合具有不同辐射发光颜色的玻璃单元，实现了X射线信号的多色可视化。此外，课题组还将玻璃形成策略拓展至Dy³⁺、Sm³⁺、Tb³⁺及Sb³⁺等不同发光离子体系，验证了该制备方法的组分适用性。在此基础上，进一步利用Mn²⁺和Eu³⁺发光中心对组分、激发波长和温度的差异化响应，构建了多维光学信息编码体系。通过组合四种不同Eu³⁺含量的玻璃样品，并设置两种激发波长及两种温度条件，将不同状态下的发光光谱转换为具有特征信息的光学条形码，实现了多级顺序认证与信息防伪。该策略将材料本征发光特性与信息编码相结合，为开发兼具辐射探测和光学身份识别功能的智能闪烁材料提供了新的研究方向。

福建师范大学物理与能源学院为论文第一完成单位，我院博士研究生金世林为第一作者，陈大钦教授为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金（52572155、52272141）和福建省自然科学基金（2024J02014）等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.79493

论文全文：Adv Funct Materials - 2026 - Jin -online.pdf