Оптическое измерение температуры на основе отрицательного теплового выцветания Sc2Mo3O12 : Dy3+

NIU Jinyan ,  

CHENG Chen ,  

YU Xiaobo ,  

HE Shuai ,  

GUAN Qian ,  

SHEN Yu ,  

LI He ,  

QIAO Jun ,  

CHAO Luomeng ,  

MA Yonghong ,  

摘要

Использование динамики решетки матрицы с отрицательным тепловым расширением эффективно подавляет термическое выцветание люминесцентных центров редкоземельных элементов, открывая новый путь для создания высокочувствительных оптических температурных зондов. В данной работе методом высокотемпературного твердотельного синтеза был получен ряд фосфоров Sc2Mo3O12 : xDy3+ с отрицательным тепловым расширением, и систематически изучены их кристаллическая структура, люминесцентные свойства и температурно-зависимое тепловое реагирование. Результаты рентгеновской дифракции и структурного рафинирования по Ривельду показывают, что полученные образцы имеют однородную ортогональную структуру в пространственной группе Pbcn, и ионы Dy3+ успешно занимают шести координированные позиции Sc3+. При возбуждении с длиной волны 468 нм образцы демонстрируют характерное желтое излучение Dy3+ и за счет регулировки концентрации допирования возможно управлять цветом свечения от желтого к желто-зеленому. Свойство отрицательного теплового расширения матрицы Sc2Mo3O12 связано с термически активируемой передачей энергии от группы [MoO4]2- к Dy3+. В диапазоне температур от 303 K до 393 K система проявляет аномальное отрицательное тепловое выцветание, при котором интенсивность излучения усиливается с повышением температуры. На основе этих свойств были построены две режимы измерения температуры по отношению интенсивностей излучения: односторонний несвязанный тепловой режим центра излучения (абсолютная чувствительность при 513 K Sa= 12% K-1, относительная чувствительность Sr= 0.45% K-1) и двуствольный несвязанный тепловой режим (абсолютная чувствительность при 513 K Sa= 1.38% K-1, относительная чувствительность Sr= 0.77% K-1). Кроме того, после 8 циклов нагрева и охлаждения материалы показали отличную термическую циклическую обратимость и подтвердили стабильность своей структуры. Благодаря синергии структуры матрицы с отрицательным тепловым расширением, механизму аномального теплового усиления передачи энергии и высокой точности температурного сенсора, фосфор Sc2Mo3O12 : Dy3+ демонстрирует широкие перспективы применения в высокотемпературных электронных устройствах и оптических термометрических системах.

关键词

Sc2Mo3O12;Dy3+;отрицательное тепловое выцветание;отрицательное тепловое расширение;оптический температурный сенсор;отношение интенсивности излучения

阅读全文