Controle da emissão verde-vermelha, estabilidade térmica e aplicações de sensibilidade óptica à temperatura em BaGd2ZnO5:Ho3+,Eu3+

XUE Jiafei ,  

LIN Shiyi ,  

WANG Yutong ,  

MA Han ,  

LI Wei ,  

Yang Yuxin ,  

WEI Yi ,  

LI Guogang ,  

摘要

O comportamento único de resposta térmica dos materiais fluorescentes co-dopados com íons de terras raras fornece uma base material importante para a construção de sensores ópticos de temperatura sem contato, enquanto a competição energética e a regulação cooperativa entre diferentes centros emissores são a chave para obter uma resposta térmica de alta sensibilidade. Neste trabalho, foi preparada uma série de fósforos BaGd2ZnO5:Ho3+, Eu3+ pelo método sólido em alta temperatura, estudando sistematicamente sua estrutura, fotoluminescência e características de resposta térmica. Os resultados de difração de raio X e microscopia eletrônica de varredura mostraram que as amostras codopadas com Ho3+ e Eu3+ mantêm uma boa estrutura cristalina ortorrômbica. Estudos espectrais revelaram que Ho3+ e Eu3+ em BaGd2ZnO5 podem gerar emissões características verdes e vermelhas localizadas em 544 e 628 nm, respectivamente; controlando a concentração de Eu3+ é possível alterar a eficiência da transferência de energia Ho3+→Eu3+, realizando a transição da cor da emissão do verde para o vermelho. Além disso, a análise de tempo de vida da fluorescência confirmou o processo de transferência de energia Ho3+→Eu3+. Os espectros de emissão dependentes da temperatura na faixa de -196 a 250 °C mostraram respostas térmicas marcadamente diferentes de Ho3+ e Eu3+: com o aumento da temperatura, a emissão vermelha de Eu3+ sofre uma extinção térmica contínua, enquanto a emissão verde de Ho3+ mostra um aumento térmico anômalo dentro de uma certa faixa de temperatura, indicando a presença de competição e redistribuição de energia dependentes da temperatura no sistema codopado. Com base nas diferenças de resposta térmica das emissões de Ho3+ e Eu3+, foi construída uma estratégia de medição de temperatura baseada na razão da intensidade da fluorescência, com sensibilidade relativa máxima de 1,744% K-1 (123 K). Os resultados acima indicam que o sistema BaGd2ZnO5:Ho3+, Eu3+ controla a cor da emissão por meio da transferência de energia entre íons de terras raras e utiliza as características de resposta térmica diferencial dos diferentes centros emissores para construir um sinal de sensor óptico de temperatura estável e quantificável baseado na razão, fornecendo uma estratégia viável para o controle multicolorido da emissão e a medição óptica de temperatura sem contato de alta sensibilidade em materiais fluorescentes co-dopados com terras raras.

关键词

BaGd2ZnO5:Ho3+,Eu3+; controle de emissão; extinção térmica reversa; transferência de energia; medição óptica de temperatura

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