Optische Thermometriestudie basierend auf den negativen thermischen Lösch-Eigenschaften von Sc2Mo3O12∶Dy3+

NIU Jinyan ,  

CHENG Chen ,  

YU Xiaobo ,  

HE Shuai ,  

GUAN Qian ,  

SHEN Yu ,  

LI He ,  

QIAO Jun ,  

CHAO Luomeng ,  

MA Yonghong ,  

摘要

Das Verhalten der Gitterdynamik eines Substrats mit negativem thermischen Ausdehnungsverhalten kann den thermischen Lösch-Effekt von Seltene-Erden-Emissionszentren effektiv unterdrücken und eröffnet neue Wege zur Konstruktion hochsensitiver optischer Temperatursonden. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von Sc2Mo3O12∶xDy3+-Phosphoren mit negativen thermischen Ausdehnungseigenschaften mittels Hochtemperatur-Festphasenmethode synthetisiert, und deren Kristallstruktur, Leuchteigenschaften sowie temperaturabhängiges thermisches Reaktionsverhalten systematisch untersucht. Röntgenbeugungs- und Rietveld-Strukturraffinierungsresultate zeigten, dass die hergestellten Proben eine reine orthorhombische Phase mit der Raumgruppe Pbcn darstellen, wobei die Dy3+-Ionen erfolgreich die sechsfach koordinierte Sc3+-Position besetzen. Bei Anregung mit 468 nm zeigen die Proben typisches gelbes Dy3+-Lumineszenzlicht, und durch Kontrolle der Dotierkonzentration kann die Farbentwicklung der Emission von gelb bis gelbgrün gezielt gesteuert werden. Die negative thermische Ausdehnung der Sc2Mo3O12-Matrix hängt mit dem thermisch aktivierten Energietransfer von der Gruppe[MoO4]2- zu Dy3+ zusammen. Das System zeigt im Temperaturbereich von 303 bis 393 K ein anomales negatives thermisches Löschverhalten, wobei die Lumineszenzintensität mit steigender Temperatur kontinuierlich zunimmt. Basierend auf dieser Eigenschaft wurden zwei Messmodi des Emissionsintensitätsverhältnisses konstruiert: Ein single-emissionszentraler, thermisch nicht gekoppelter Modus (bei 513 K mit absoluter Empfindlichkeit Sa=12%·K-1, relativer Empfindlichkeit Sr=0,45%·K-1) und ein doppelt angeregter, thermisch nicht gekoppelter Modus (bei 513 K mit absoluter Empfindlichkeit Sa=1,38%·K-1, relativer Empfindlichkeit Sr=0,77%·K-1). Darüber hinaus zeigte das Material nach 8 Heiz- und Kühlzyklen eine hervorragende thermische Zyklenumkehrbarkeit, was die Stabilität seiner Struktur bestätigt. Dank der strukturellen Synergie des Substrats mit negativem thermischen Ausdehnungsverhalten, dem anomalen, thermisch verstärkten Energietransfermechanismus für Lumineszenz und der hochpräzisen Temperaturdetektionsleistung zeigt das Phosphor Sc2Mo3O12∶Dy3+ breite Anwendungsperspektiven in Hochtemperatur-Elektronikgeräten und der optischen Thermometrie.

关键词

Sc2Mo3O12;Dy3+;negatives thermisches Löschen;negative thermische Ausdehnung;optische Temperatursonde;Emissionsintensitätsverhältnis

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