X射线推动了医学、科学研究、军事和工业技术的巨大进步。然而，暴露于X射线会带来重大的安全风险。作为传统辐射屏蔽材料，铅（Pb）的高毒性、柔韧性差和环境危害进一步限制了其作为先进X射线屏蔽材料的适用性。此外，由于铅只有一个K吸收边（88 keV），它在40-88 keV能量范围内表现出有限的吸收能力，这是一个弱吸收区。因此，开发低毒、轻质、柔性和宽能量范围互补吸收特性的多组分X射线屏蔽材料至关重要。大多数现有的铅替代屏蔽材料研究都是基于二维（2D）柔性薄膜和高Z元素的组合。然而，2D薄膜由于其有限的衰减横截面积，本质上限制了有效辐射吸收。与2D薄膜材料相比，三维（3D）多孔气凝胶具有更低的密度、更轻的重量和更大的柔韧性，从而提高了舒适性和适用性。更重要的是，3D多孔结构促进了复杂孔隙中X射线光子的吸收-散射-再吸收过程，延长了光子在材料内的飞行时间，增加了光子与高Z原子之间的碰撞概率。

本工作创新地合成了一种具有高X射线吸收性能的各向同性“光子笼”气凝胶。特别是，策略性地将Gd引入气凝胶中以诱导相分离过程。通过冷冻干燥获得初始笼结构，以促进笼内的光子散射和重吸收。然后将聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜共价键合到孔表面，不仅显着提高弹性，而且赋予疏水性、隔热性和抗冻性。最后，Cs₃Bi₂I₉屏蔽材料原位生长并吸附到PDMS薄膜上，在较宽的能量范围内与Gd形成互补吸收系统。研究证实，在互补吸收和光子笼的协同作用下，所制备的气凝胶在较宽的能量范围内表现出优异的屏蔽性能（40-120 kV，76.4-97.3%）。此外，PDMS封装赋予气凝胶优异的弹性、疏水性、隔热性和抗冻性。最后，医学CT成像验证了气凝胶在辐射防护方面的应用潜力，为轻质、柔性、宽能量范围、高效X射线屏蔽材料的开发提供了新的结构设计理念。

2025年11月30日，相关工作以“Photon-Cage-Structured Aerogels with Quadruple Complementary Compounds for Efficient X-ray Absorption”为题，发表于Advanced Functional Materials。釜庆国立大学Junghwan Kim教授为本文的通讯作者，博士研究生李世森为本文的第一作者。青岛农业大学马永超教授，釜庆国立大学硕士研究生王莹慧为本文的共同作者。

图形摘要

文章信息

Photon-Cage-Structured Aerogels with Quadruple Complementary Compounds for Efficient X-ray Absorption

Shisen Li, Yinghui Wang, Shanmugam Mahalingam, Nazmul Hossain, Beomgyeong Seo, Dasong Kim, Seung Hwan Moon, Seung Yun Nam, Yongchao Ma, Yonghyun Kim, and Junghwan Kim

Advanced Functional Materials

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202527182

期刊简介：

Advanced Functional Materials是创刊于2001年的材料科学期刊。 作为Advanced portfolio系列期刊之一，它发表与材料化学和物理性能相关的研究。 该刊报道材料科学多个领域的研究，涉及纳米技术、化学、物理和生物学等。