Material de sensor de temperatura fluorescente visualizável baseado na emissão de defeitos de vacância de oxigênio em BaMgSiO4

TANG Wei ,  

LIANG Chen ,  

LIANG Ping ,  

NING Wanting ,  

GONG Handong ,  

摘要

A temperatura é um dos parâmetros mais fundamentais para caracterizar propriedades físico-químicas, e a medição precisa da temperatura desempenha um papel crucial no desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas. Os sensores de temperatura fluorescentes tradicionais baseados em pares de níveis energéticos acoplados termicamente de íons de terras raras (TCLs) apresentam baixa sensibilidade e dificuldade na diferenciação de sinais devido à limitação da diferença de energia entre os TCLs. Buscando uma solução melhor, este estudo explora o potencial da emissão de defeitos de vacância de oxigênio no campo dos sensores de temperatura fluorescentes. Neste trabalho, foi sintetizada a cerâmica BaMgSiO4 pelo método de estado sólido em alta temperatura. Devido à evaporação de pequenas quantidades de Ba2+ e Mg2+ durante a sinterização, vacâncias de oxigênio são geradas na cerâmica para manter a neutralidade elétrica do material. Os níveis de defeito formados por essas vacâncias emitem luz em três comprimentos de onda de 372, 400 e 527 nm sob excitação ultravioleta a 332 nm. A intensidade dessas três emissões possui diferentes sensibilidades à temperatura, permitindo sua boa aplicação no campo de sensores de temperatura fluorescentes. O sistema sensor composto por I372 e I527 apresenta sensibilidade relativa de 2,90%·K-1 a 298 K, superior à sensibilidade dos sensores fluorescentes tradicionais TCLs, superando o limite máximo de sensibilidade desses sensores. Além disso, devido à grande diferença nos comprimentos de onda entre 372 nm e 527 nm, a cerâmica BaMgSiO4 apresenta uma mudança notável da emissão verde em temperatura ambiente para a emissão azul em alta temperatura de 458 K, possibilitando a visualização do monitoramento da temperatura. Portanto, a cerâmica BaMgSiO4, por suas características únicas de emissão de defeitos de vacância de oxigênio, oferece uma nova opção de alta precisão e visualizável para o desenvolvimento de sensores de temperatura fluorescentes, proporcionando uma nova perspectiva para a tecnologia de detecção de temperatura por fluorescência.

关键词

emissão de defeitos de vacância de oxigênio; sensor de temperatura fluorescente; transferência de energia; visualização

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