Studie zur optischen Temperatursensierung und dynamischen Fälschungssicherung basierend auf dem thermisch verstärkten UC-Leuchtstoff (KMg)0,4In1,6W3O12:Yb/Ho mit negativem thermischem Ausdehnungsverhalten

Huang Rong ,  

Yu Yiqi ,  

Liao Yuxiang ,  

Ao Zhiwen ,  

Yang Ying ,  

Zhang Jinmin ,  

Liao Jinsheng ,  

摘要

Die Verwendung einer Matrix mit negativem thermischem Ausdehnungsverhalten (NTE), die bei hohen Temperaturen eine Gitterkontraktion aufweist, kann das thermische Löschverhalten der Leuchtzentren der Seltenen Erden effektiv unterdrücken und bietet einen neuen Ansatz für die Entwicklung leistungsstarker optischer Temperatursensoren und fälschungssicherer Materialien. In dieser Arbeit wurde (KMg)0,4In1,6W3O12:Yb/Ho Aufwärtskonvertierungs-(UC-)Leuchtstoff mittels Hochtemperatur-Festphasenmethode hergestellt. Röntgendiffraktion (XRD) und Strukturverfeinerung bestätigten, dass Yb3+ und Ho3+ in das Wirtsgitter eingelagert sind, welches eine hexagonale Kristallstruktur besitzt. Unter Anregung mit einem 980-nm-Laser emittiert die Probe hauptsächlich grünes Licht (549 nm, 5F4/5S2 → 5I8) und rotes Licht (665 nm, 5F5 → 5I8). Temperaturabhängige UC-Spektren zeigten, dass aufgrund des negativen thermischen Ausdehnungseffekts der Matrix die UC-Lumineszenz im Bereich von 398-573 K deutlich verstärkt wird, wobei die Gesamtleuchtstärke bei 573 K um das 7,8-fache höher ist als bei 373 K. Basierend auf den unterschiedlichen thermischen Reaktionen der roten und grünen Emissionen wurde eine Farbänderung von Gelbgrün zu Orange-Rot realisiert. Ein zweimodaler Temperatursensor basierend auf dem Lumineszenz-Intensitätsverhältnis (LIR) und dem Farbkoordinaten-Verhältnis (CIER) wurde aufgebaut, wobei die relative Empfindlichkeit (Sr) im LIR-Modus bei 398 K 0,82 % K-1 und im CIER-Modus bei 488 K 0,26 % K-1 beträgt. Durch die deutliche Farbänderung der Emission mit der Temperatur wurden eine visuelle dynamische Fälschungssicherung und eine berührungslose Temperaturüberwachung realisiert. Der Leuchtstoff zeigt ein gutes Anwendungspotenzial in der optischen Temperatursensorik und der fortgeschrittenen dynamischen Fälschungssicherung.

关键词

negatives thermisches Ausdehnungsverhalten; thermische Verstärkung; Aufwärtskonversionsemission; Temperaturmessung; dynamische Fälschungssicherung

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