Estudo de termometria óptica baseado nas propriedades de extinção térmica negativa 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

O comportamento da dinâmica da rede da matriz de expansão térmica negativa pode suprimir eficazmente o efeito de extinção térmica dos centros de emissão de terras raras, abrindo novos caminhos para a construção de sondas ópticas de temperatura de alta sensibilidade. Neste trabalho, foi sintetizada uma série de fósforos Sc2Mo3O12∶xDy3+ com propriedades de expansão térmica negativa pelo método sólido de alta temperatura, e foram estudadas sistematicamente sua estrutura cristalina, propriedades de emissão e comportamento de resposta térmica variável. Os resultados da difração de raios X e do refinamento estrutural de Rietveld indicaram que as amostras preparadas são de fase pura ortorrômbica pertencente ao grupo espacial Pbcn, com íons Dy3+ ocupando com sucesso os sítios de Sc3+ coordenados hexagonalmente. Sob excitação de 468 nm, as amostras exibem emissão amarela característica de Dy3+, e por meio do controle da concentração de dopagem, é possível obter uma evolução controlada da cor da emissão da região amarela para a amarelo-esverdeada. A característica de expansão térmica negativa da matriz Sc2Mo3O12 está relacionada à transferência de energia ativada termicamente do grupo[MoO4]2- para Dy3+, e o sistema apresenta um comportamento anômalo de extinção térmica negativa na faixa de temperatura de 303 a 393 K, com intensidade de emissão aumentando continuamente com a elevação da temperatura. Com base nessa característica, foram construídos dois modos de medição de temperatura por relação de intensidade de emissão: modo de acoplamento térmico nulo de centro emissor único (em 513 K, sensibilidade absoluta Sa=12%·K-1, sensibilidade relativa Sr=0,45%·K-1) e modo de acoplamento térmico nulo de dupla excitação (em 513 K, sensibilidade absoluta Sa=1,38%·K-1, sensibilidade relativa Sr=0,77%·K-1). Além disso, após 8 ciclos de aquecimento e resfriamento, o material apresentou excelente reversibilidade térmica cíclica, confirmando a estabilidade estrutural. Graças à sinergia estrutural da matriz de expansão térmica negativa, ao mecanismo de transferência de energia de emissão termicamente aumentada anômala e ao desempenho de alta precisão na detecção de temperatura, o fósforo Sc2Mo3O12∶Dy3+ apresenta amplas perspectivas de aplicação em dispositivos eletrônicos de alta temperatura e na termometria óptica.

关键词

Sc2Mo3O12;Dy3+;extinção térmica negativa;expansão térmica negativa;sensoriamento óptico de temperatura;relação de intensidade de emissão

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