Fabricación ecológica de materiales híbridos como detectores de rayos X de alta sensibilidad
La producción es respetuosa con el medio ambiente gracias a la molienda por bolas sin disolventes
Los nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos a base de bismuto muestran una sensibilidad y una estabilidad a largo plazo excepcionales como detectores de rayos X, significativamente más sensibles que los detectores de rayos X comerciales. Además, estos materiales pueden fabricarse sin disolventes mediante molienda de bolas, un proceso de síntesis mecanoquímica respetuoso con el medio ambiente y escalable. Unos detectores más sensibles permitirían reducir la exposición a la radiación durante los exámenes con rayos X.
El polvo se muele finamente con canicas y luego se prensa hasta obtener una pastilla compacta que puede utilizarse como detector.
© BAM/HZB
Las imágenes de rayos X son indispensables en el diagnóstico médico y la caracterización de materiales. Para generar una imagen, un detector convierte los rayos X que atraviesan el objeto en señales eléctricas. Una mayor sensibilidad de los detectores permite reducir las dosis de radiación, lo que es especialmente importante en las aplicaciones médicas.
Los detectores de rayos X utilizados actualmente consisten en compuestos inorgánicos de elementos con números atómicos de medios a altos. En los últimos años, los compuestos inorgánicos de perovskita también se han probado como detectores de rayos X con muy buenos resultados.
Inspirados en materiales de perovskita
Ahora, un equipo dirigido por la profesora Olena Maslyanchuk, experta en detectores de rayos X del HZB, ha demostrado que dos nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos a base de bismuto pueden utilizarse para una detección de rayos X muy eficaz. Los dos materiales a base de bismuto estudiados en este trabajo, [(CH3CH2)3S]6Bi8I30 y [(CH3CH2)3S]AgBiI5, se inspiraron en la aparición de las perovskitas de haluro en dispositivos optoelectrónicos y fueron explorados por primera vez por el Dr. Allan Starkholm durante su tesis doctoral en el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo (Suecia).
Los altos números atómicos, las brechas de banda adecuadas y las características estructurales únicas las hacen ideales para la detección por rayos X", afirma Starkholm. "Contienen cationes de sulfonio estables en lugar de los cationes de amonio higroscópicos utilizados tradicionalmente, que son prometedores para la estabilidad a largo plazo".
Proceso de fabricación respetuoso con el medio ambiente
En colaboración con Franziska Emmerling, experta del BAM, se utilizó un proceso de fabricación especialmente respetuoso con el medio ambiente: la molienda por bolas. De este modo se obtienen polvos policristalinos que luego se prensan para formar gránulos densos. Estos procedimientos también están establecidos en la industria.
Hasta 50 veces más sensible
En colaboración con el equipo del Dr. Felix Lang, de la Universidad de Potsdam, se evaluaron los nuevos materiales para su uso en detectores de rayos X. Los resultados muestran que funcionan mejor que los detectores comerciales actuales, incluso durante largos periodos de tiempo", afirma Starkholm. De hecho, demuestran sensibilidades hasta dos órdenes de magnitud superiores a las de materiales comerciales como el selenio amorfo o el CdZnTe, y pueden detectar dosis de rayos X casi 50 veces inferiores", afirma Starkholm.
Además de los exhaustivos análisis realizados en el laboratorio, el equipo también estudió las muestras en la línea de luz KMC-3 XPP de BESSY II. Los detectores mantuvieron una respuesta estable durante la irradiación pulsada de rayos X bajo un flujo de fotones de alta intensidad, sin que se observara una degradación mensurable del rendimiento tras la exposición, lo que pone de manifiesto la robustez de los materiales del detector.
Perspectivas de transferencia de tecnología
Hemos demostrado que estos materiales totalmente nuevos a base de bismuto son excelentes candidatos para la detección de rayos X. Nuestros resultados ponen de relieve interesantes oportunidades para ampliar la investigación de materiales híbridos en HZB más allá de la fotovoltaica, tanto dentro como fuera del campo de la perovskita. Unos detectores de rayos X más sensibles permitirían reducir significativamente la exposición a la radiación durante la obtención de imágenes de rayos X", afirma Olena Maslyanchuk.
La transferencia de tecnología es el siguiente paso. En Adlershof hay muchas empresas interesantes con las que podríamos colaborar para optimizar el desarrollo de estos detectores de rayos X", afirma Starkholm.
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Publicación original
Allan Starkholm, Dominik Al‐Sabbagh, Sema Sarisozen, Alexander von Reppert, Matthias Rössle, Markus Ostermann, Eva Unger, Franziska Emmerling, Lars Kloo, Per H. Svensson, Felix Lang, Olena Maslyanchuk; "Green Fabrication of Sulfonium‐Containing Bismuth Materials for High‐Sensitivity X‐Ray Detection"; Advanced Materials, 2025-4-10
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