바륨타이타네이트(BaTiO₃)는 고전적인 페로브스카이트형 강유전체로서 우수한 유전상수, 현저한 비선형 압전 및 강유전체 효과, 조절 가능한 상변이 특성으로 인해 다층 세라믹 커패시터, 서미스터, 메모리 및 전기광소자 등 다양한 분야에서 중요한 응용 가치를 지닌다. 본 논문에서는 고온 고상법을 사용하여 Ba/Ti 투입비(각각 Ba 자리와 Ti 자리 예약)를 조절하여 서로 다른 소성 온도(1250 ℃, 1300 ℃, 1350 ℃)에서 제조한 Er³⁺ 도핑 BaTiO₃ 세라믹(도핑 농도 0.5 몰%) 시리즈를 제작하였으며, XRD, 라만 분광, 주사전자현미경 및 온도 변화 형광 분광을 이용하여 샘플을 체계적으로 특성 분석하였다. 결과는 1300℃에서 소성된 Ba 자리 예약 샘플(B1300Er)이 우수한 온도 측정 성능을 가지며, BaTiO₃ 강유전체 상변이 영역(270-290 K) 내에서 형광 강도가 현저히 변하며, 이 비정상적인 형광 반응은 상변이의 광학 지문 신호로 작용하여 상변이의 원위치 정밀 탐지가 가능함을 보여준다. B1300Er와 T1300Er 샘플의 절대 감도는 저온 구간에서 차이가 적으나 고온 구간에서 차이가 크며, 400 K에서 B1300Er 절대 감도는 0.00413 K^-1에 도달하여 T1300Er 대비 40% 향상되었으며 Ba 자리 도핑 구조에서 더 큰 열 결합 에너지 틈 ΔE의 이론적 기대와 일치한다. 형광 수명 분석은 시료 내에 두 가지 발광 미환경이 존재함을 밝혔으며, 장수명 성분이 온도 변화에 더 민감하여 FIR 온도 측정 감도를 향상시키는 핵심 미세구조 인자임을 나타낸다. 본 연구는 Er³⁺ 열 결합 FIR 광대역 온도 측정과 BaTiO₃ 강유전체 상변이 원위치 광학 탐지를 유기적으로 통합한 동일 세라믹 시스템 내에서 연속 온도 측정과 상변이 감지가 가능한 이중 기능 광학 센서 플랫폼을 구축하였으며, 페로브스카이트 기반 희토류 도핑 광학 온도 센서의 다기능 설계에 실험적 근거와 새로운 아이디어를 제공한다.

희토류 발광;Er³⁺ 도핑;BaTiO₃;광학 온도 측정;형광 강도비;상변이 탐지