三维光子笼X射线吸收效率高达97％
刊登于化学领域世界学术期刊《A·F Materials》
国立釜庆大学 Kim Junghwan 教授（新材料系统工学专业）研究团队开发出一种兼具柔性、超弹性和疏水性的下一代X射线屏蔽气凝胶材料，为其在医疗、军事、工业等多个领域的实用化打开了局面。
X射线技术被广泛应用于医疗、科学、工业和军事等领域，但人体一旦暴露在X射线下，就会伴随潜在风险。
据研究团队介绍，目前应用最广泛的铅（Pb）屏蔽材料在毒性和环境危害性、柔性不足等方面存在多种局限。铅在40~88 keV能量区间的X射线吸收效率较低，而且难以充分屏蔽X射线与材料相互作用时产生的二次辐射。
为克服这些问题，相关研究持续展开，但以往研究主要集中在二维（2D）柔性薄膜型铅替代材料的开发，受限于衰减截面的物理极限，难以从根本上提升X射线吸收性能。
Kim Junghwan 教授团队注意到，三维（3D）多孔气凝胶具有低密度和高柔性等特点，在其复杂孔隙内部，光子的吸收—散射—再吸收过程反复发生，可显著延长光子停留时间，从而大幅提高吸收效率。
研究团队采用钆（Gd）基相分离诱导策略，成功开发出具有三维“光子笼”结构的柔性气凝胶。研究团队在此基础上进一步引入聚二甲基硅氧烷（PDMS）涂层，并结合钙钛矿材料 Cs3Bi2I9，最终实现了一种兼具超弹性、疏水性、隔热性和抗冻性的优异物性，同时具备四重互补X射线吸收特性的下一代X射线屏蔽材料。
由于四重互补吸收与光子笼结构的协同效应，研究团队开发的气凝胶在宽能量范围内表现出优异的屏蔽性能。实验结果显示，在管电压为40~120 kV的能量范围内，该材料实现了76~97%的高X射线吸收效率。
为验证该气凝胶在实际医疗环境中的应用可能性，研究团队还与三星首尔医院合作，利用计算机断层扫描（CT）设备完成了屏蔽性能验证。
Kim Junghwan 教授表示：“本次成果通过轻量化与柔性相结合，为高效X射线屏蔽材料的开发提出了全新的结构设计范式，未来在医疗、军事、工业等多个领域具有巨大的应用潜力。”
本项成果在科学技术信息通信部、教育部和韩国研究财团的资助，以及国立釜庆大学全球联合研究项目支持下完成。相关研究论文《Photon-Cage-Structured Aerogels with Quadruple Complementary Compounds for Efficient X-ray Absorption》发表在化学领域国际权威期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子IF=19）上。
版权所有 © 阿视亚经济 (www.asiae.co.kr)。 未经许可不得转载。
