1 淮南师范学院 电子工程学院,安徽 淮南 232038
2 潍坊学院 化学化工与环境工程学院,山东 潍坊 261061
利用高温固相法制备了一系列不同Pr3+掺杂浓度的CsLa(WO4)2荧光粉,测试了X射线衍射(XRD)、漫反射光谱、激发光谱、发射光谱与荧光衰减曲线,讨论了光致发光光谱与浓度、温度的联系,并基于荧光强度比(FIR)技术计算得出温度传感相关参数。CsLa(WO4)2∶Pr3+主要呈现源自3P0和1D2能级的发射,对应的最佳掺杂浓度分别为0.03和0.01,经证实电偶极⁃电偶极相互作用导致了浓度猝灭。3P0与1D2能级的发射随温度变化趋势不同,这主要归因于Pr3+⁃W6+的价间电荷迁移(IVCT)、交叉弛豫(CR)和多声子弛豫(MPR)等过程的综合作用。由于上述发射表现出不同的浓度和温度依赖特性,实现了颜色可调谐发光。基于3P1→3H5/3P0→3H4热耦合能级对和1D2→3H4/3P0→3H4非热耦合能级对的FIR,计算得到相对灵敏度分别为586.01/T2 K-1和1 071.78/T2 K-1,表明该材料在温度传感领域具有潜在应用价值。
Pr3+ CsLa(WO4)2 光致发光 温度传感 荧光强度比(FIR) Pr3+ CsLa(WO4)2 photoluminescence temperature sensing fluorescence intensity ratio(FIR)
杨安平 1,2,3,4周鸿猷 1,2,3,4方婕 1,2,3,4苏斯杰 1,2,3,4[ ... ]甘久林 1,2,3,4,*
1 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室,广东 广州 510641
2 广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心,广东 广州 510641
3 广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室,广东 广州 510641
4 华南理工大学材料科学与工程学院,广东 广州 510641
为提高接触式柔性光纤温度传感器的稳定性和抗干扰性,提出了一种基于荧光强度比技术解调方法的上转换荧光纳米粒子掺杂的柔性荧光光纤温度传感器。稀土离子掺杂的复合柔性光纤受激发射出稳定荧光,依靠上转换纳米粒子热耦合能级对温度的依赖特性,热耦合能级对应的中心荧光峰的强度随着温度的变化而变化。所提柔性光纤温度传感器将掺杂Er3+的热耦合能级对应的中心荧光峰强度的比值作为温度的表征值,且其温度响应表现为热增强型,即荧光强度随着温度的升高而增强。实验结果表明柔性光纤温度传感器表现出强稳定性和强抗干扰性,同时具备良好的柔性和变形能力、高灵敏度和可重复性,最大绝对灵敏度为0.0038 ℃-1、最大相对灵敏度为1.29 %/℃。
荧光强度比技术 热耦合能级 柔性光纤温度传感器 抗干扰性 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316005
西北大学, 光子学与光子技术研究所, 省部共建西部能源光子技术国家重点实验室, 西安 710127
荧光强度比测温技术在生物组织内部实现了快速和无创的温度探测, 但在实际应用中仍受荧光热猝灭及生物组织较大摘的吸收与散射的影响。本工作采用一步水热法制备了长方体 ScF3: Yb3+/Er3+纳米晶, 利用 ScF3特有的负热膨胀属性, 提高了激活剂与敏化剂之间的能量传递效率, 实现了上转换发光整体 34倍的热增强。同时, 引入 Nd3+构建了近红外-近红外高灵敏度的温度探针(Sa = 0.112 0 K-1在 400 K), 并通过对测温曲线的矫正和离体实验, 证明了样品在组织内部的测温性能, 为解决上转换发光热猝灭和开发生物近红外发射温度探针提供了新的设计思路。
负热膨胀 能量传递 荧光强度比 温度传感 negative thermal expansion energy transfer fluorescence intensity ratio thermometer
亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室, 燕山大学, 河北 秦皇岛 066004
温度是贯穿日常生活、工业生产和科研等领域的重要物理参数之一。因此, 实现准确可靠的温度测量至关重要。目前, 非接触式温度传感测量引起了科研工作者广泛的关注, 稀土上转换发光材料的光温传感研究已成为其中的一个热点。本文重点综述了上转换材料的光学测温机理、稀土上转换荧光粉和上转换微晶玻璃在光温传感领域的最新研究进展以及依托于光温传感的其他功能化应用。最后, 基于稀土上转换发光材料在光温传感领域的研究成果和尚且存在的问题, 对上转换材料在光温传感方向的未来发展趋势进行了详细的展望。
上转换 光温传感 荧光强度比 发光材料 upconversion optical temperature sensing fluorescence intensity ratio luminescent material
1 杭州电子科技大学材料与环境工程学院, 杭州 310018
2 福建师范大学物理与能源学院, 福州 350117
3 中南大学材料科学与工程学院, 长沙 410083
采用熔融急冷法在母体玻璃中原位析出四方LiYF4和立方ZnAl2O4两种纳米晶。结构和光谱表征表明Ln3+(Ln=Eu, Tb, Dy)随玻璃原位晶化进入LiYF4晶相, 而Cr3+进入ZnAl2O4晶相中, 因此发光中心Ln3+和Cr3+实现空间隔离, 有效抑制其能量传递, 从而同时得到Ln3+和Cr3+的高效发光。此外, 利用Ln3+和Cr3+发光对温度的不同响应, 实现Ln3+/Cr3+的荧光强度比温度传感。在 377 nm波长激发下, Tb3+和Cr3+同时被有效激发, 并且Tb3+: 5D4→7F5和Cr3+: 2E→4A2能级跃迁强度比呈现出强烈的温度依赖特性, 测温相对灵敏度在570 K时达到最大值0.80%·K-1; 在364 nm波长激发下, Dy3+的4F9/2→6H13/2和Cr3+离子的2E→4A2能级跃迁强度比随温度变化而剧烈变化, 测温相对灵敏度在573 K时达到最大值0.86%·K-1。因此, 双晶相玻璃陶瓷可有效隔离Ln3+和Cr3+等不同发光中心, 同时实现高效发光, 有利于荧光强度比光学测温, 同时也拓展了玻璃陶瓷材料的应用。
双晶相玻璃陶瓷 荧光强度比 光学温度传感 纳米晶 dual-phases glass ceramics fluorescence intensity ratio optical thermometry nanocrystal
1 宁波大学高等技术研究院浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
2 宁波大学先进红外材料及器件浙江省工程研究中心,浙江 宁波 315211
3 宁波海洋研究院,浙江 宁波 315832
采用熔融淬火法制备了KLu2F7:Er3+/Yb3+纳米晶复合玻璃陶瓷样品,利用X射线衍射仪表征了玻璃中析出的纳米晶种类,晶体结晶度可达28%。分光光度计测试验证了所制备的玻璃陶瓷具有较高的光学透过率(可保持89%左右的透过率)。在980 nm激光泵浦下,玻璃陶瓷样品的上转换发光增强了约847倍,并且发现上转换绿光和红光均属双光子过程。基于荧光强度比技术,在温度313~553 K范围内研究了Er3+一对热耦合能级2H11/2 和 4S3/2的荧光测温性能,对应的绝对测温灵敏度和相对测温灵敏度分别达到了11.03×10-4 K-1和738.45 T-2·K-1。该研究结果为氟化物基玻璃陶瓷在高温传感领域性能探索提供了数据参考。
发光材料 玻璃陶瓷 氟化物纳米晶 上转换发光 荧光强度比测温 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516022
1 浙江大学 物理系, 浙江 杭州 310027
2 中国航发四川燃气涡轮研究院, 四川 成都 610500
采用CO2激光区熔法制备了Lu2O3∶0.5%Er3+/x%Yb3+(x=1, 3, 5)上转换荧光材料。X射线衍射结果表明, 所制备的Lu2O3∶Er3+/Yb3+荧光材料具有纯Lu2O3晶相。在980 nm激光激发下, 样品发出明亮的上转换荧光。光谱测试结果表明, 样品上转换荧光强度和荧光中绿光与红光比例随Yb3+离子浓度改变, 当Er3+和Yb3+离子浓度分别为0.5%和3%时, 样品上转换荧光强度最强。通过荧光强度比(FIR)技术研究了样品Lu2O3∶0.5%Er3+/3%Yb3+在298~873 K温度范围内上转换荧光温度传感特性, 在532.8 K时最大绝对灵敏度为0.006 0 K-1, 在298 K时最大相对灵敏度为0.009 0 K-1。结果表明, Lu2O3∶Er3+/Yb3+荧光材料非常适合用于宽温度范围荧光温度传感。
上转换发光 荧光强度比(FIR) 荧光温度传感 CO2激光区熔法 Lu2O3∶Er3+/Yb3+ Lu2O3∶Er3+/Yb3+ upconversion luminescence fluorescence intensity ratio(FIR) fluorescence temperature sensing CO2 laser zone melting method