X射线成像技术的研究推动了医学影像、工业探伤、安检防爆、高能物理、考古学等领域的科技变革。X射线成像技术利用目标物内部不同成分和元素对X射线的吸收系数不同，对透过目标物后衰减的X射线进行探测与成像。X射线探测器的核心部件是闪烁体（scintillator）（图1），它是一类可将高能量光子或粒子（X射线、γ射线、α粒子等）转换为低能量可见光子的发光材料，被辐射探测行业称为“宝石”和“光子晶片”，也被形象地比喻为能看得见高能辐射的“眼睛”。

闪烁体材料是X射线探测器灵敏度和分辨率的关键。1895年，威廉伦琴通过铂氰化钡闪烁体屏意外地发现了X射线，获得了1901年的第一届诺贝尔物理学奖，也推动了近现代各学科领域的蓬勃发展。随后，爱迪生利用CaWO₄闪烁体发展了Fluoroscope技术，实现了X射线成像技术在医学检查和诊断中的应用。1903年，Crooks利用ZnS闪烁体制造了首款α粒子探测器，为卢瑟福提出原子核式模型奠定了重要的基础，开启了现代物理发展的大门。20世纪50年代，高能物理和核物理的研究热潮进一步地推动了闪烁体的迅速发展。20世纪70年代后，核医学的发展更促使一系列闪烁体的出现，GdWO₄、CsI: Tl、CsF、LiI: Na和CaF₂: Eu等无机闪烁体相继问世。进入21世纪后，由于X射线探测器在医学影像、安全检查和工业制造等诸多领域的应用需求，对闪烁体材料研发的要求越来越高，也推动了X射线成像技术的巨大进步。

尽管历经一百多年的发展，闪烁体材料的种类、性能及其制备方法仍然具有一定的局限性。目前，绝大多数的闪烁体晶体需要通过高温熔融或者蒸镀法制备，其制备条件苛刻、性能调控困难、成本高昂，对设备也有极高的要求；在高温条件下，大面积薄膜闪烁体的制备工艺较为复杂，也限制了其在柔性X射线探测器件上的应用；现有闪烁体对X射线光子能量的转化效率有限，辐射发光波长也不易调控。近年来，新型闪烁体材料的研发以及进一步提高X射线探测和成像的灵敏度和分辨率，是精准医疗和高精度工业无损检测等领域的一个重要发展趋势。为了突破传统闪烁体在X射线探测与成像中的关键科学技术难题，许多研究者采取了不同的策略研发闪烁体，然而进展始终不理想。

直到2018年，我们研究团队报道了一类高性能的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体（图2a；Nature, 2018, 561, 88-93）。与传统闪烁体材料相比，通过低温溶液法制备的钙钛矿纳米晶闪烁体（CsPbX₃; X= Cl, Br, or I）性能优异、工艺简单、制备周期短、原料成本低、易于大规模工业化生产。同时，钙钛矿纳米晶闪烁体辐射发光效率高，通过改变前体溶液中卤素阴离子（Cl^-、Br^-、I^-）的比例，可实现辐射发光光谱在可见光全波段内的调控（图2b和c）。此外，钙钛矿闪烁体具有发光寿命短的特性（44.6 ns），解决了商业化闪烁体CsI: Tl和Gd₂O₂S: Tb发光寿命长（~1000 ns）而导致的成像残影问题，有望应用于快速实时动态X射线成像（图2d-f）。基于以上特性，我们结合了钙钛矿纳米闪烁体易于溶液加工的优势，首次利用低温溶液涂布法制备出了大面积的闪烁体薄膜，使低成本制备大面积X射线平板探测器成为可能。基于钙钛矿纳米晶闪烁体的平板探测器还具有制备工艺简单、灵敏度高和分辨率高的突出优势，在提高X射线成像分析性能的同时，也使得X射线成像分析应用更为安全，在医疗诊断、工业探伤和高能物理研究等领域具有重要的应用价值，为研发高性能X射线影像设备奠定了重要基础。该研究成果于2018年8月发表在Nature杂志上，同时Nature Review Materials以“超级闪烁体（Super scintillators）”进行专题评述，英国物理学会主办的Physics World评论指出“钙钛矿纳米晶的研究照亮了闪烁体的未来”。

上述原创性工作推动了新型闪烁体材料的研究和发展，掀起了新型闪烁体材料的研究热潮。随后，有机金属框架（MOFs）、有机闪烁体、稀土纳米晶、非铅钙钛矿等闪烁体的研究不断涌现，使得新型闪烁体材料在X射线成像、X射线探测、生物医学治疗等应用领域得以大展身手（图3）。

有机闪烁体大多属于苯环结构的芳香族碳氢化合物，具有结构多样性、加工性能优异、可大面积制备等突出优势，在柔性X射线探测领域具有很大的应用潜力。然而，传统的有机闪烁体对X射线的吸收不足导致其辐射发光效率低，限制了有机闪烁体材料的发展。2021年，南京工业大学研究团队通过引入非金属卤素重原子，不仅提升了有机闪烁体的X射线吸收能力，通过由卤素原子引起强烈的自旋耦合作用促进隙间穿越，有效地提高了有机闪烁体的辐射发光性能（Nat. Photon., 2021, 15, 187-192）。与此同时，浙江大学课题组报道了通过高效利用和迅速收集三重态激子的热激活延迟荧光闪烁体，实现了高效率、高时间分辨和低自吸收的X射线发光，获得了16.6 lp/mm的高分辨X射线成像（Nat. Mater., 2021, 21, 210-216）。

金属-有机框架（MOFs）闪烁体是一类有机配体和无机金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有周期性网络结构的晶态多孔材料，属于有机无机杂化材料。由于MOFs高度规则的孔道结构，可控孔径，MOFs可以作为刚性或柔性主体引入一些客体，如团簇离子、镧系金属离子、荧光染料等，利用MOFs主体与客体之间的相互作用来实现发光或者光学性质的调控，如主体骨架中的一些氢键可以与小分子之间相互作用或成键，通过影响激发态分子内质子转移过程来实现MOFs光学性能的调控。2021年，A. Monguzzi课题组报道了基于荧光MOFs纳米晶体的快速发光闪烁体，开发了通过在聚合物中嵌入MOF纳米晶体的闪烁体器件，验证了~50 ps的超快闪烁性能，展现了MOFs材料在荧光成像、医学成像和高速率高能物理实验的敏感闪烁探测器等应用的突出优势（Nat. Photon., 2021, 15, 393-400）。

稀土闪烁体具有发射半峰宽窄、光产额高、密度高、性质稳定等优势，在高能物理、放射医学、太空探测等领域得到了广泛应用。值得注意的是，稀土氟化物（NaLnF₄；Ln = Y、Gd、Lu）具有声子振动能低（约350 cm^-1）、结晶性好、尺寸易调控等优点。2021年，我们发现了稀土氟化物闪烁体通过高能量X射线辐照可以使阴离子偏离自身晶格位点进入晶格间隙，成形了Frenkel缺陷（空位和间隙对），从而诱导超过30天的持续辐射发光。我们从稀土纳米晶闪烁体的长寿命X射线发光特性中获得灵感，将纳米晶闪烁体与柔性基质相融合，成功地研制出了透明、可拉伸、便携的柔性X射线成像器件，发明了高分辨X射线发光扩展成像新技术（Xr-LEI），实现了三维高分辨X射线成像。该X射线成像技术的空间分辨率达到20 lp/mm，成像的精度为13 μm，相比于传统技术具有突出的应用优势（图4；Nature, 2021, 590, 410-415）。Nature杂志同期进行专题评述，指出“此项研究为医学影像开辟了很有前景的新途径（the insights open up a promising avenue of research that might provide a new approach for non-invasive medical radiology）”。Physics World评论指出“柔性探测器带来了三维高分辨X射线成像（Flexible detector takes high-resolution X-ray images in 3D）”。

尽管铅基钙钛矿纳米晶闪烁体具有波长可调谐、X射线吸收系数高、溶液加工性好等优势，然而含铅的卤化物钙钛矿存在显著的环境毒性，因此研究者们针对该问题展开了对非铅钙钛矿的研究。通过合成低维度钙钛矿、配体钝化策略、改变卤化物AB位组成、合成钙钛矿异质结、玻璃/聚合物封装等策略有效地改善了钙钛矿闪烁体的稳定性；并通过将B位Pb元素以无毒的异价元素In（I）、Sb（III）和Bi（III）以及同价元素Ge（II）、Sn（II）等替代解决钙钛矿闪烁体的毒性问题。2019年，华中科技大学课题组通过降温析晶法合成了一种新型无毒、高辐射发光强度、高稳定性的非铅金属卤化物闪烁体Rb₂CuBr₃，其与传统闪烁体（CsI:Tl或LYSO）的X射线吸收能力相当，且其发射波长与硅光电倍增管（SiPM）或光电倍增管（PMT）具有良好的匹配性，实现了91056 photons/MeV的高光产额，具有低于200 nGy_air/s的检测限，为低剂量X射线影像学提供了基础（Adv. Mater. 2019, 31, 1904711)。

由于新型纳米晶闪烁体的重要研究意义和应用潜力，研究者和工业界的目光纷纷投入到新型闪烁体的研究，也取得了许多创新性的成果。自从我们的论文于2018年发表以来，从Web of Science检索到的数据表明新型闪烁体研究的论文数量和引文数量均快速增长（图5），仅2020年相关研究的论文数量和引用数量已经分别突破2209篇和6196次，彰显了新型闪烁体研究的持续热度和全球影响力。

全无机钙钛矿纳米晶闪烁体的进展带动了我国在新型闪烁体和X射线成像技术基础研究的发展，为推动新一代X射线影像技术的研发奠定了重要基础。尽管如此，我们仍需要对新型闪烁体进行不断探索和研究，深入了解闪烁体的能量转换机制、提高无机闪烁体在有机柔性基质的掺杂浓度、探索闪烁体薄膜的成型和加工技术、优化闪烁体薄膜和光电探测阵列的集成和组装技术，发展小型化、便携式、柔性的X射线探测器。为此，通过加强化学新材料和光电物理学科的交叉融合，有望提高新型高性能闪烁体的研发创新和制造能力，为发展下一代X射线探测器奠定理论和工业基础。