双钙钛矿型荧光材料的制备及温度传感应用研究

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随着科技的飞速发展,基于物质光学响应的温度探测技术备受人们的关注。为了达到测量结果的准确以及有效抑制绝对和相对测量误差的目的,探索具有高温度敏感性的发光材料是开发高性能光学测温的关键所在。近年来,适合锰离子与稀土离子掺杂的双钙钛矿型氧化物引起了广泛关注,其可实现高效、稳定的发光,在温度传感领域具有潜在的应用前景。因此,论文详细研究了其晶体结构、发光特性以及在温度传感中的应用,探索了荧光寿命测温模式、双激活中心的荧光强度比以及多光谱参数的多元化测温模式。主要研究内容与结果如下:通过引入离子半径小的Mg2+取代Ba La Ca Sb O6基质中的Ca2+位点,实现了发光强度4.2倍的提升,发射峰从690 nm红移到698 nm,以及发光寿命从0.212ms增加到0.951 ms。Ba La Ca Sb O6:Mn4+的绝对灵敏度从408 K时的1.22μs K-1提高到Ba La Ca0.1Mg0.9Sb O6的401 K时的4.88μs K-1,对应的相对灵敏度从503 K时的1.09%K-1提高到488 K时的1.42%K-1。并且此温度探针提供了优于0.009K的温度不确定度。此外,我们分别使用对温度敏感的激活剂Mn4+离子和对温度不敏感的Eu3+和Sm3+离子,通过精确调控激活剂选择性地占据特定的晶体位点,开发出了两种不同的高灵敏荧光强度比温度探针。根据温度标定曲线,Ca2Gd Sb O6:Mn4+,Eu3+探针的最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别为8.79%K-1和1.34%K-1,而Ca2Gd Sb O6:Mn4+,Sm3+为9.31%K-1和1.63%K-1。鉴于其高的灵敏度,Ca2Gd Sb O6:Mn4+/(Eu3+,Sm3+)有望成为一种高性能温度传感材料。最后,我们在Ca2La Ta O6中掺入Mn2+和Tb3+,实现了Mn2+的宽带可调红光发射和Tb3+的抗热猝灭发射。利用这一独特的发射特性,设计并证明了基于荧光强度比和荧光寿命实现温度探测的可行性,分别获得了3.60%K-1和1.94%K-1的最大相对灵敏度。最后,采用多元线性回归分析法实现了多参数温度传感,得到了保持在8.72-16.11%K-1区域范围内的高相对灵敏度,且温度不确定度为10-3数量级的优异测温性能。研究结果证实了Ca2La Ta O6:Mn2+/Tb3+是一种极有前途的温度传感候选材料,这也为设计和优化更可靠的、灵敏的荧光温度探针提供了新策略与新方向。
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