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Novel Copper Nanocluster Scintillator for In-Direct X-Ray Imaging
Problem

Synthesis and Making Film

Results

In the field of x-ray imaging, direct x-ray detectors pose a number of drawbacks due to their qualities which include high energy consumption, complexity, unsustainability, and higher cost of production.

Reaction:
Cu complex [Cu (CH3CN)4]BF4 was dissolved in acetonitrile (CH3CN), after the complex was dissolved, (diphenylphosphine)pyridine (DPPY) was added. 
The temperature was set to 75oC, and the cluster solution was kept under stirring conditions for 2 hours. 

Crystallization:
Vapor-assisted antisolvent crystallization was employed where diethyl was the chosen antisolvent.
Pressure created by the closed lid caused the antisolvent to vaporize and diffuse in the cluster solution, creating a high concentration inside.
Highly emissive green crystals were collected from each vial after 48 hours. 

Fabricating Cu2 NC Scintillator:
Cu2 NC and polymethyl methacrylate (PMMA) were dissolved in dichloromethane (DCM).
The solution was stirred and distributed evenly.
 The drop-cast method was used, and a flat-bottom Petri dish held the solution for 24 hours. 
The DCM evaporated, and the mixture had a solid consistency, ready to be used as a scintillator. 
Objective

The objective of this project is to make X-Rays more efficient by obtaining and crystallizing different Cu NCs, studying their properties that would allow us to find the most suitable Cu NC and then form a film to be used as an Indirect X-ray Scintillator.

Background

Figure 2. Bottom up Approach

Scheme of reaction
[Cu(CH3CN)4]BF4 + DPPY à [Cu2(DPPY)3CH3CN]BF4
 Material
PL
PLQY
Cu2
420
83
Cu15
720
3.2 
Au28
680
17.6 
Au13
1021
0.048 

Figure 7. Chemical Structure of Cu2 NC and Scintillator-Based X-Ray Images

Characteristics of the film:
Size 3x4 cm
Transparent
PLQY 50%
Emission peak 510 nm

Conclusion
 Cu2-based scintillator showed good resolution around 20 lp/mm. Therefore, It was determined by the imaging picture’s high resolution and intensity that Cu2 is an effective scintillator.
The facile method for synthesizing the luminescent copper NC protected by phosphine ligands, formulated as [Cu2(DPPY)3CH3CN]BF4 was found. 
The structure of Cu2 was successfully determined by SCXRD (Single Crystal X-ray diffraction), which was further used to make a scintillation film.
Figure 3. Process of building a Scintillator 

Graphs and Data Analysis

Structure of Cu2: SC-XRD was used to characterize the as-obtained crystals of Cu2 NCs structurally. It has a simple core with two copper atoms surrounded by 3 DPPY ligands. Cu is bonded with P and N atoms of the ligand, which make the structure sterically stable. DPPY ligand consists of 2 benzene rings and one heterocycle ring with an N atom. 

X-ray photoelectron spectroscopy (XPS): HR XPS spectra of Cu 2p, N 2p, P 2p, F 1s, and C 1s are shown. The Cu LMM Auger spectrum of the cluster shows one main peak at 916.3 eV, which shows that copper has +1 charge.

Applications

Copper 2 Nanocluster Scintillators can be implemented in various X-Rays including Angiography, Mammography, and Plain Radiography.
Figure 1. Discovered Nanoclusters

Figure 4. XPS Spectra of the Cu2 NC. The Survey Spectrum of the Cluster Confirms the Presence of All the Expected Elements (Cu, C, P, N, and F)

Future Work
Implementing different ligands
Test Cu 2 scintillator at KAUST X-Rays
New types of synthesized Cu NC in X-ray scintillation

Hypothesis

Photophysics (Optical Properties): Upon excitation at 400 nm, the film of Cu2 displays intense PL in the green region at 510 nm. The PLQY of the film was 50%, respectively.

Cu2 is an effective scintillator for Indirect X-Rays based on its properties which include increased intensity, increased resolution, increased Photoluminescence quantum yield, sensitivity (reduced toxicity for skin tissues), low energy consumption, and sustainability. 
References

1. Chakraborty et al. Chem. Rev. 2017, 117, 12, 8208-8271
2. Ju et al. Advanced materials 26.31 (2014): 5429-5479.
3. Chen et al. Science Advances Vol. 3, no. 8, e1700956
4. Zhu et al. et al. Chem. Soc. Rev., 2019,48, 2422
 
Figure 5. Spatial resolution：#2

Figure 6. Emission Spectra of Cu2

14.3 LP/mm
I have to present it in 5 minutes.
이 포스터를 직접 대면하여 발표할 수 있는 대본을 작성해 주세요. 직접 X-선 이미징을 위한 새로운 구리 나노클러스터 신틸레이터문제합성 및 영화 제작결과엑스레이 이미징 분야에서 직접 엑스레이 검출기는 높은 에너지 소비, 복잡성, 지속 불가능성, 높은 생산 비용 등의 특성으로 인해 여러 가지 단점을 가지고 있습니다.반응:Cu 복합체 [Cu (CH3CN)4] BF4를 아세토니트릴(CH3CN)에 용해한 후 (디페닐포스핀)피리딘(DPPY)을 첨가했습니다. 온도를 75oC로 설정하고 클러스터 용액을 2시간 동안 교반 조건에서 유지했습니다. 결정화:디에틸이 선택된 용매인 경우 증기 보조 용매 결정화가 사용되었습니다.닫힌 뚜껑에 의해 생성된 압력으로 인해 용매가 기화되고 클러스터 용액에 확산되어 내부에 고농도가 생성되었습니다.48시간 후 각 바이알에서 고방사성 녹색 결정을 수집했습니다. Cu2 NC 신틸레이터 제작:Cu2 NC와 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 디클로로메탄(DCM)에 용해했습니다.용액을 교반하여 고르게 분배했습니다. 드롭 캐스트 방법을 사용하여 바닥이 평평한 페트리 접시에 용액을 24시간 동안 담았습니다. DCM이 증발하고 혼합물이 단단한 농도가 되어 신틸레이터로 사용할 준비가 되었습니다. 목표이 프로젝트의 목적은 다양한 Cu NC를 얻고 결정화하여 가장 적합한 Cu NC를 찾은 다음 간접 X-선 신틸레이터로 사용할 필름을 형성할 수 있는 특성을 연구함으로써 X-선을 더 효율적으로 만드는 것입니다.배경그림 2. 상향식 접근 방식반응 계획[Cu(CH3CN)4]BF4 + DPPY à [Cu2(DPPY)3CH3CN]BF4 재료PLPLQYCu242083Cu157203.2 Au2868017.6 Au1310210.048 그림 7. Cu2 NC의 화학 구조 및 신틸레이터 기반 X-선 이미지필름의 특성:크기 3x4cm투명PLQY 50%방출 피크 510nm결론 Cu2 기반 신틸레이터는 약 20 lp/mm의 좋은 해상도를 보여주었습니다. 따라서 이미징 사진의 높은 해상도와 강도를 통해 Cu2가 효과적인 신틸레이터라는 것을 확인할 수 있었습니다.포스핀 리간드로 보호된 발광 구리 NC를 쉽게 합성할 수 있는 방법, 즉 [Cu2(DPPY)3CH3CN]BF4가 발견되었습니다. Cu2의 구조는 SCXRD(단결정 X-선 회절)를 통해 성공적으로 결정되었으며, 이를 통해 신틸레이션 필름을 만드는 데 사용되었습니다.그림 3. 신틸레이터 제작 과정 그래프 및 데이터 분석Cu2의 구조: SC-XRD를 사용하여 얻은 Cu2 NC의 결정을 구조적으로 특성화했습니다. 이 결정은 2개의 구리 원자가 3개의 DPPY 리간드로 둘러싸인 단순한 코어를 가지고 있습니다. Cu는 리간드의 P 및 N 원자와 결합하여 구조를 입체적으로 안정하게 만듭니다. DPPY 리간드는 2개의 벤젠 고리와 N 원자가 있는 1개의 헤테로사이클 고리로 구성됩니다. X-선 광전자 분광법(XPS): Cu 2p, N 2p, P 2p, F 1s 및 C 1s의 HR XPS 스펙트럼이 표시됩니다. 클러스터의 Cu LMM 오거 스펙트럼은 구리가 +1 전하를 띠고 있음을 보여주는 916.3eV에서 하나의 주요 피크를 보여줍니다.응용 분야구리 2 나노클러스터 신틸레이터는 혈관조영술, 유방조영술 및 일반 방사선 촬영을 포함한 다양한 X-레이에 구현할 수 있습니다.그림 1. 발견된 나노클러스터그림 4. Cu2 NC의 XPS 스펙트럼. 클러스터의 조사 스펙트럼을 통해 예상되는 모든 원소(Cu, C, P, N, F)의 존재를 확인했습니다.향후 작업다른 리간드 구현KAUST X-선에서의 Cu 2 신틸레이터 테스트X-선 신틸레이션에서 새로운 유형의 합성 Cu NC가설광물리학(광학적 특성): 400nm에서 여기 시 Cu2 필름은 510nm의 녹색 영역에서 강렬한 PL을 표시합니다. 필름의 PLQY는 각각 50%였습니다.Cu2는 강도 증가, 해상도 증가, 광발광 양자 수율 증가, 감도(피부 조직에 대한 독성 감소), 낮은 에너지 소비 및 지속 가능성 등의 특성을 바탕으로 간접 X-선용 효과적인 신틸레이터입니다. 참고 자료1. 차크라보르티 외. 화학. Rev. 2017, 117, 12, 8208-82712. Ju et al. Advanced materials 26.31 (2014): 5429-5479.3. Chen 외. Science Advances Vol. 3, 8, e17009564. Zhu 등. 화학. Soc. Rev., 2019,48, 2422 그림 5. 공간 해상도：#2그림 6. Cu2의 방출 스펙트럼14.3 LP/mm5분 안에 발표해야 합니다.