奧克拉荷馬大學的研究人員開發了混合鈣鈦礦材料，重新思考光發射的工作方式，有潛力改善快速輻射探測器。這支團隊不再僅依賴鈣鈦礦的無機部分，而是設計出能利用有機成分在輻射下產生快速且高效光的材料。鈣鈦礦是一種由特定原子結構定義的晶體材料，已成為現代材料科學的核心，尤其是在太陽能電池和光電電子學方面。傳統上，研究人員專注於無機框架，因為人們認為這是驅動大多數有用特性的主要成因。然而，奧克拉荷馬的團隊挑戰了這一假設。
由化學與生物化學系的研究生 M S Muhammad 領導，這個團隊探討了混合層狀鈣鈦礦的有機部分是否能夠發揮更大的功能性。他們的答案是肯定的。研究人員將有機分子直接嵌入層狀鹵化鈣鈦礦結構中，創造出在輻射照射下能夠從有機成分本身發光的材料。這種光發射的效率在此類系統中名列前茅，成為輻射探測的一個重要指標。
通過將無機和有機成分結合為一種混合材料，Muhammad 表示：「我們可以利用每個結構部分的優勢。」快速輻射探測器需要快速的閃爍特性，這意味著我們希望光發射能夠迅速。這些材料的有機結構部分能夠提供這一需求。團隊將被稱為苯乙烯的分子納入自定義設計的二維層狀鈣鈦礦中。苯乙烯因其強大的光發射而聞名，當它們置於經過工程設計的晶體框架內時，其性能顯著提升。結果顯示，與單獨的有機分子相比，光發射效率提高了五倍。這一提升表明晶體環境增強了分子對輻射的響應。
Muhammad 的研究源於一個簡單但根本的問題：鈣鈦礦的有趣特性是否僅來自於結構的無機部分？對於不熟悉此領域的人來說，可能會質疑光發射是來自有機還是無機結構部分的重要性。然而，事實證明無機和有機結構部分的光發射特性是相當不同的，該研究的資深作者 Bayram Saparov 博士表示。
有機光發射的速度快於無機發射。在中子、X 射線和伽馬射線探測等應用中，反應速度至關重要。探測器必須幾乎瞬時地將進入的輻射轉換為光信號。Saparov 表示：「我們希望擁有快速的中子探測器、快速的 X 射線探測器、快速的伽馬射線探測器，這些應用都可以利用有機材料。」Muhammad 採用的這一策略使有機成分的光發射效率提高了五倍。
除了速度和亮度之外，這些材料還顯示出強大的環境穩定性。許多輻射探測化合物需要保護塗層來防止降解，而這些混合鈣鈦礦在開放空氣中無需包裝即可穩定超過一年。Saparov 表示，Muhammad 的材料性能已達到最先進的快速輻射探測器的水平。他指出，這項工作中所示的策略是有效的。隨著進一步的微調，我們可以提高這些混合材料的發光效率，甚至可能超越現有的最先進技術。
這些研究結果表明，重新平衡鈣鈦礦中有機和無機成分的角色可能為高速輻射感應技術開辟新的途徑。該研究發表在《美國化學學會期刊》中。
