Étude de la thermométrie optique basée sur la propriété d’extinction thermique négative de Sc2Mo3O12 : Dy3+

NIU Jinyan ,  

CHENG Chen ,  

YU Xiaobo ,  

HE Shuai ,  

GUAN Qian ,  

SHEN Yu ,  

LI He ,  

QIAO Jun ,  

CHAO Luomeng ,  

MA Yonghong ,  

摘要

L'utilisation du comportement dynamique du réseau du substrat à dilatation thermique négative permet de supprimer efficacement l'effet d'extinction thermique des centres d'émission de terres rares, ouvrant ainsi une nouvelle voie pour la construction de sondes optiques de température à haute sensibilité. Cet article présente la synthèse par méthode solide à haute température d'une série de phosphores Sc2Mo3O12 : xDy3+ présentant des caractéristiques de dilatation thermique négative, et une étude systématique de leur structure cristalline, de leurs performances d'émission et de leur comportement de réponse thermique variable. Les résultats de diffraction des rayons X et de raffinage structurel de Rietveld montrent que les échantillons préparés sont tous de phase pure à structure orthorhombique, appartenant au groupe d'espace Pbcn, et que les ions Dy3+ occupent avec succès le site Sc3+ à coordination hexagonale. Sous excitation à 468 nm, les échantillons présentent une émission jaune caractéristique de Dy3+ et un contrôle de l'évolution de la couleur d'émission de jaune à jaune-vert est réalisable par régulation de la concentration de dopage. La caractéristique de dilatation thermique négative de la matrice Sc2Mo3O12 est liée au transfert d'énergie thermique activé depuis le groupement [MoO4]2- vers Dy3+, et le système présente un comportement d'extinction thermique négative anormal dans la plage de température de 303 K à 393 K, avec une intensité d'émission qui s'accroît continuellement à mesure que la température augmente. Sur la base de cette caractéristique, deux modes de mesure de température par rapport à l'intensité d'émission ont été développés : le mode non couplé à centre d'émission unique (sensibilité absolue à 513 K Sa= 12% K-1, sensibilité relative Sr = 0,45% K-1) et le mode non couplé à double excitation (sensibilité absolue à 513 K Sa= 1,38% K-1, sensibilité relative Sr = 0,77% K-1). De plus, après 8 cycles de chauffage-refroidissement, le matériau a montré une excellente réversibilité thermique cyclique, confirmant la stabilité de sa structure. Grâce à la synergie structurelle du substrat à dilatation thermique négative, au mécanisme de transfert d'énergie pour l'amélioration thermique anormale de l'émission et à la haute précision des performances de détection de température, le phosphore Sc2Mo3O12 : Dy3+ offre de larges perspectives d'application dans les dispositifs électroniques haute température et les domaines de la thermométrie optique.

关键词

Sc2Mo3O12;Dy3+;extinction thermique négative;dilatation thermique négative;capteur optique de température;rapport d’intensité d’émission

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