Nature Communications：超快 Hf-MOF 闪烁薄膜实现高光产额与皮秒级响应

号的重要作用。然而长期以来，高发光效率与超快响应速度往往难以同时实现，这也成为限制新一代高速探测器发展的关键问题。

近期，Nature Communications 发表研究《Ultrafast scintillating metal-organic framework films》，报道了一种基于 Hf-MOF（金属有机框架）的超快闪烁薄膜材料。研究显示，该材料在室温条件下实现超过 10⁴ photons/MeV 的光产额，并获得最快约 150 ps 的闪烁响应时间，为 ToF-PET（飞行时间正电子发射断层成像）及高速辐射探测器的发展提供了新的研究思路。

DOI：

10.1038/s41467-026-68546-6

本文涉及表征设备：

Phenom ProX 台式扫描电镜能谱一体机

为什么 MOF 被认为具有闪烁材料潜力？

金属有机框架（MOF）因其高度可设计性，近年来受到广泛关注。

与传统无机闪烁体相比，MOF 材料可通过调节金属节点与有机配体，实现吸收能力、发光特性以及能量传输过程的协同优化。同时，其规则有序的晶体结构有利于激发能量在材料内部迁移。

研究中，团队选择高原子序数元素铪（Hf）作为金属节点，以提升材料对高能光子的吸收能力，并通过不同发光配体构建紫外及可见光发射体系，希望兼顾射线吸收效率、发光效率与响应速度。

从结构设计到材料表征

对于功能材料而言，性能与结构往往密切相关。

在完成材料制备后，研究人员首先需要确认薄膜是否成功形成、晶体形貌是否符合设计预期，以及膜层是否具有良好的连续性和均匀性。

论文中利用扫描电子显微镜（SEM）对 MOF 薄膜进行了形貌分析。结果显示，薄膜由规则八面体晶体组成，晶粒紧密排列形成连续覆盖层，平均晶粒尺寸约为 1.4 ± 0.3 μm，膜层厚度约为 22 μm。

这些结构信息为后续光学性能分析提供了基础依据。

微观结构与超快响应之间的关系

研究发现，在 Hf-MOF 框架中，相邻有机配体间距较短，有利于激发态能量在晶体内部快速迁移。

这一过程进一步促进了两种现象的发生：

• 超快能量转移（Ultrafast Energy Transfer）
• 单线态—单线态湮灭（Singlet-Singlet Annihilation，SSA）

当激发态密度较高时，激子之间的相互作用能够加速能量耗散过程，从而缩短整体发光寿命，实现更快的闪烁响应。

研究认为，连续有序的晶体结构以及较高的晶体质量，是上述机制得以实现的重要条件之一。

稳定性表现与应用前景

除响应速度外，材料稳定性同样是评价闪烁体的重要指标。

研究显示，该 Hf-MOF 薄膜在长期空气暴露、持续紫外照射以及高剂量辐照条件下，仍能够保持较稳定的闪烁性能。

结合其均匀的微晶结构和连续膜层特征，该类材料未来有望应用于：

• TOF-PET 医学成像探测器
• 高速辐射探测系统
• 多组分快速闪烁计数器
• 高能物理探测器件

总结

该研究展示了一种基于 Hf-MOF 框架的新型闪烁材料设计思路。通过引入高原子序数金属节点提升射线吸收能力，并利用 MOF 可设计结构促进能量快速迁移，实现了高光产额与超快响应特性的结合。

从材料设计、结构表征到性能验证，研究展示了先进功能材料开发过程中的典型研究路径，也为下一代高速闪烁探测材料的发展提供了新的参考方向。