Estudio de termometría óptica basado en las propiedades de apagamiento térmico negativo 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

El comportamiento de la dinámica de la red de una matriz con expansión térmica negativa puede suprimir eficazmente el efecto de apagamiento térmico de los centros de emisión de tierras raras, abriendo nuevos caminos para la construcción de sondas ópticas de temperatura de alta sensibilidad. En este trabajo, se sintetizó una serie de fósforos Sc2Mo3O12∶xDy3+ con propiedades de expansión térmica negativa mediante un método sólido-state de alta temperatura y se estudiaron sistemáticamente su estructura cristalina, propiedades de emisión y comportamiento de respuesta térmica variable. Los resultados de difracción de rayos X y refinamiento de estructura Rietveld demostraron que las muestras preparadas son de fase pura ortorrómbica, pertenecientes al grupo espacial Pbcn, y que los iones Dy3+ ocuparon exitosamente la posición hexacoordinada de Sc3+. Bajo excitación a 468 nm, las muestras mostraron emisión amarilla característica de Dy3+, y mediante el control de la concentración de dopaje, se logró una evolución controlada del color de emisión desde amarillo a amarillo verdoso. La característica de expansión térmica negativa de la matriz Sc2Mo3O12 está relacionada con la transferencia de energía activada térmicamente del grupo[MoO4]2- a Dy3+, y el sistema mostró un comportamiento anómalo de apagamiento térmico negativo en el rango de temperatura de 303 a 393 K, con una intensidad de emisión que aumentó continuamente con la temperatura. Basado en esta característica, se construyeron dos modos de medición de temperatura por el cociente de intensidad de emisión: un modo de acoplamiento térmico nulo de un solo centro emisor (a 513 K, sensibilidad absoluta Sa=12%·K-1, sensibilidad relativa Sr=0.45%·K-1) y un modo de acoplamiento térmico nulo de excitación doble (a 513 K, sensibilidad absoluta Sa=1.38%·K-1, sensibilidad relativa Sr=0.77%·K-1). Además, después de 8 ciclos de calentamiento y enfriamiento, el material mostró una excelente reversibilidad térmica cíclica, confirmando la estabilidad de su estructura. Gracias a la sinergia estructural de la matriz de expansión térmica negativa, el mecanismo de transferencia de energía de emisión térmicamente mejorada anómala y un alto rendimiento de detección de temperatura, el fósforo Sc2Mo3O12∶Dy3+ muestra amplias perspectivas de aplicación en dispositivos electrónicos de alta temperatura y en el campo de la termometría óptica.

关键词

Sc2Mo3O12;Dy3+;apagamiento térmico negativo;expansión térmica negativa;sensado óptico de temperatura;proporción de intensidad de emisión

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