Grün-Rot Emissionssteuerung, thermische Stabilität und optische Temperaturempfindlichkeitsanwendungen in BaGd2ZnO5:Ho3+,Eu3+

XUE Jiafei ,  

LIN Shiyi ,  

WANG Yutong ,  

MA Han ,  

LI Wei ,  

Yang Yuxin ,  

WEI Yi ,  

LI Guogang ,  

摘要

Das einzigartige temperaturabhängige Verhalten von Fluoreszenzmaterialien, die mit seltenen Erdelementionen gemeinsam dotiert sind, bietet eine wichtige Materialgrundlage für die Entwicklung von berührungslosen optischen Temperatursensoren. Der Energie-Wettbewerb und die kooperative Regelung zwischen verschiedenen Leuchtzentren sind der Schlüssel für eine hochsensible Temperaturreaktion. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von BaGd2ZnO5:Ho3+, Eu3+-Phosphoren mittels Festphasensynthese bei hoher Temperatur hergestellt und deren Struktur, photolumineszente sowie temperaturabhängige Eigenschaften systematisch untersucht. Die Ergebnisse der Röntgendiffraktion und Rasterelektronenmikroskopie zeigen, dass die Proben mit Co-Dotierung von Ho3+ und Eu3+ weiterhin eine stabile orthorhombische Kristallstruktur aufweisen. Spektrale Untersuchungen ergaben, dass Ho3+ und Eu3+ in BaGd2ZnO5 charakteristische grüne und rote Emissionen bei 544 bzw. 628 nm erzeugen. Durch Variation der Eu3+-Konzentration kann die Energieübertragungseffizienz von Ho3+→Eu3+ modifiziert werden, was eine Änderung der Emissionsfarbe von Grün zu Rot ermöglicht. Die Fluoreszenzlebensdaueranalyse bestätigte den Energieübertragungsprozess Ho3+→Eu3+. Temperaturabhängige Emissionsspektren im Bereich von -196 bis 250 °C zeigen unterschiedliche Temperaturreaktionen von Ho3+ und Eu3+: Mit steigender Temperatur erfährt die rote Emission von Eu3+ eine kontinuierliche thermische Abschwächung, während die grüne Emission von Ho3+ in einem bestimmten Temperaturbereich eine anomale thermische Verstärkung zeigt, was auf eine temperaturabhängige Konkurrenz und Umverteilung der Energie im ko-dotierten System hinweist. Eine auf den thermischen Unterschieden in der Emissionsantwort von Ho3+ und Eu3+ basierende Temperaturmessstrategie mittels Fluoreszenzintensitätsverhältnis wurde entwickelt, mit einer maximalen relativen Empfindlichkeit von 1,744 % K-1 (123 K). Die Ergebnisse zeigen, dass das System BaGd2ZnO5:Ho3+, Eu3+ die Emissionsfarbe durch Energieübertragung zwischen den seltenen Erden Ionen steuert und die differenziellen temperaturabhängigen Reaktionen der verschiedenen Leuchtzentren zur Erzeugung eines stabilen, quantifizierbaren optischen Temperatursensorsignals nutzt, was eine praktikable Strategie für die multicolor Emissionssteuerung und die hochempfindliche berührungslose optische Temperaturmessung in gemeinsam dotierten lumineszenten Materialien bietet.

关键词

BaGd2ZnO5:Ho3+,Eu3+; Emissionssteuerung; antivirale thermische Abschwächung; Energieübertragung; optische Temperaturmessung

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