NaLnF4:Re3+玻璃陶瓷中基于基态热耦合的荧光温度特性研究

Owing to the potential application in biomedicine, micro-electronics, nuclear science and some other areas, the thermal coupled optical thermometry technique based on the dependency relationship between population of adjacent high excitation levels and temperature has received great attention. However, the thermal coupling is no longer valid at low temperature and low exciting power. Besides, in order to improve thermal stability and relative sensitivity, we choose the oxyfluoride glass ceramics with simplified synthesized procedure, low phonon energy, high chemical durability and thermal stability serve as temperature sensing matrix. In this project, we plan to study the thermometry properties of glass ceramics containing NaLnF4 (Ln=Y，La，Gd，Lu): Re3+ (Re= Pr，Sm，Eu，Tb) nanocrystals. In order to acquire high thermal stability, good thermal stability and high emission efficiency, the heat treatment process and material components which affect the structure, luminescence and thermal stability of glass ceramics will be studied. Based on thermal population of low-lying energy levels, the optical temperature sensing behavior of NaLnF4:Re3+ was investigated using temperature-dependent photoluminescence via resonant excitation. We hope to obtain the temperature sensing materials with high relative sensitivity and wide temperature range (80K-773K).

利用稀土离子高激发态相邻能级热布居分布对温度依赖关系的热耦合荧光测温技术，由于在生物医学、微电子、核科学等领域的应用前景而受到广泛关注。然而该测温技术在低温和低功率激发下高激发能级之间容易失耦。本项目拟通过稀土离子的基态与低激发态之间的热耦合，实现低功率激发下的较低温度测量。同时，为了提高热稳定性和相对灵敏度，我们选择了制备工艺简单、声子能量低、化学稳定性和热稳定高的氟氧化物玻璃陶瓷材料。本项目以含 NaLnF4( Ln=Y，La，Gd，Lu): Re3+ (Re= Pr，Sm，Eu，Tb)纳米晶的玻璃陶瓷为研究对象，系统研究组分、热处理工艺对玻璃陶瓷结构、发光和热稳定性的影响，目标是合成透过率高、发光效率高、热稳定性高的玻璃陶瓷。通过选择激发，研究NaLnF4:Re3+的温度特性，获得相对灵敏度高、测温范围宽（80K-773K）的测温材料。

结合氟氧化物微晶玻璃的优势及其在荧光温度探测材料等方面的应用前景，本项目通过制备工艺和组分优化、结合析晶动力学和稀土光谱理论，系统开展-NaLnF4、NaLn2F7（Ln = Y, Gd, Lu）等微晶玻璃的制备、结构、荧光和荧光温度探测性能的研究。重点研究稀土离子在微晶玻璃中的发光动力学过程和机理：分析稀土离子在微晶玻璃中的分布；确定离子间能量传递的物理机制；将氟氧化物微晶玻璃用于基态热耦合测温。.本项目主要获得了如下重要结果及关键数据：开发了系列稀土氟化物微晶玻璃体系，主要包括NaLn2F7（La = Y, Gd, Lu）等体系。系统研究了Eu3+、Yb3+/Er3+、Yb3+/Tm3+、Tb3+、Sm3+在微晶玻璃中的荧光性质。研究了掺杂的RE3+离子在微晶玻璃中的局域环境、析出晶相对微晶玻璃发光性能的影响，观察到RE3+发光的增强现象，研究了RE3+的发光动力学过程和发光机理。获得了荧光温度探测性能优异的微晶玻璃，包括NaY2F7:Er3+,Yb3+，Na0.5-xYb0.5+xF2+2x:Tm3+，BaGdF5:Er3+，-NaGdF4:Sm3+等体系。特别地，β-NaGdF4:Sm3+体系中，基于基态热耦合原理，在过程A中，其测温相对灵敏度为139,300/T2 %/K-1，测温范围为303.3-570K。在过程B中，其测温相对灵敏度为282,300/T2 %K-1，测温范围为390-773K。本项目丰富了对稀土离子掺杂的氟氧化物微晶玻璃的认识和了解，拓展其应用领域，为基态热耦合荧光温度探测的应用提供理论指导和技术支持。