La rivelazione di radiazioni ionizzanti è fondamentale per diversi campi tecnologici e scientifici, dalla diagnostica medica, monitoraggio nucleare e sicurezza nazionale fino alla fisica delle alte energie. Tipicamente, la rivelazione è effettuata da materiali scintillatori che, in seguito all'interazione con radiazioni ionizzanti, emettono luce poi raccolta da fotorivelatori altamente sensibili.
Negli ultimi anni, nanocristalli di perovskite a base di alogenuri di piombo sono emersi come nanoscintillatori per la loro capacità di interagire con raggi X e gamma producendo intensa luce di scintillazione. Tuttavia, l’utilizzo di questi materiali è limitato dal costo di produzione e dalla difficoltà di incapsularli senza danneggiarli in matrici polimeriche per realizzare scintillatori nanocompositi compatti e maneggevoli.
La ricerca condotta nei laboratori del gruppo del Prof. Sergio Brovelli, insieme a gruppi di ricerca del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, dell’ENEA, dell’Istituto Italiano di Tecnologia, del CNR, del CERN e dell’ESRF ha affrontato queste criticità realizzando compositi scintillanti di grandi dimensioni a base di nanocristalli di CsPbBr3 incapsulati in matrici plastiche. I nanocristalli sono stati realizzati sfruttando un’innovativa tecnica di sintesi chimica a bassa temperatura, altamente scalabile seguita da incapsulamento in matrici acriliche che aumenta l’efficienza di luminescenza fino a quasi il 100%. I materiali hanno dimostrato eccezionale resistenza alle radiazioni gamma pari alla quantità assorbita in un anno dalle pareti interne di un reattore nucleare, elevata resa di scintillazione comparabile con gli scintillatori plastici già in commercio e un tempo di risposta ultra-rapido che rende questi materiali particolarmente promettenti per applicazioni nella diagnostica medica e nella fisica delle alte energie.
I risultati di questo lavoro sono riportati nell’articolo “Ultrafast and Radiation-Hard Lead Halide Perovskite Nanocomposite Scintillators” (DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01396) pubblicato nella prestigiosa rivista ACS Energy Letters (Impact Factor 23.99 Journal Citation Report (Clarivate Analytics, 2023)).