Bi3+/Eu3+共掺杂CaO荧光粉的红蓝双色可调谐发光机制及温度传感应用研究

研究人员针对光学温度传感材料灵敏度不足和颜色调控受限的难题，通过高温固相法合成CaO: Bi3+, Eu3+双激活荧光粉，证实Bi3+向Eu3+的能量转移效率达64.7%（偶极-四极相互作用机制），基于荧光强度比（FIR）技术实现3.89% K-1的相对灵敏度，为多模式光学测温及指纹识别提供新材料体系。

　　

在光学传感与固态照明领域，开发兼具高灵敏度和颜色可调谐性的荧光材料一直是研究热点。传统温度传感材料受限于能级匹配和光谱重叠问题，而稀土掺杂氧化物因稳定的晶格环境和丰富的能级结构展现出独特优势。吉林大学（根据基金编号YDZJ202301ZYTS259推断）的研究团队创新性地选择CaO作为基质，通过Bi³⁺的³P₁→¹S₀蓝光发射（400 nm）与Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₁橙红光发射（593 nm）构建双发射中心，相关成果发表于《Journal of Molecular Structure》。

研究采用高温固相反应法合成样品，通过X射线衍射（XRD）进行物相分析，结合荧光光谱和寿命测试揭示能量转移机制，并系统考察温度依赖的荧光强度比（FIR）特性。

Phase analysis
XRD精修证实所有样品均为纯相立方CaO结构（PDF#48-1467），Bi³⁺掺杂引起37°衍射峰的系统偏移，表明Bi³⁺成功进入晶格。

Luminescence properties
在358 nm激发下，0.1 mol% Bi³⁺单掺样品呈现典型蓝光发射，而2 mol% Eu³⁺单掺样品显示橙红光发射。共掺样品中Bi³⁺寿命从1.24 μs降至0.44 μs，证明能量转移存在。

Energy transfer mechanism
通过Dexter-Reich理论计算确认能量转移为偶极-四极相互作用，临界距离达1.79 nm，最大转移效率达64.7%。

Temperature sensing performance
基于400 nm/593 nm FIR的非热耦合能级测温显示：相对灵敏度（S_r）在523 K达3.89% K^-1，绝对灵敏度（S_a）在298 K时为0.0016 K^-1，优于多数稀土基温度探针。

该研究首次实现CaO基质中Bi³⁺-Eu³⁺能量转移体系的精准调控，其双模式颜色调控（浓度调控与温度响应）特性为光学防伪和微区测温提供新思路。特别是室温附近的高灵敏度使其在生物组织温度成像领域具有应用潜力，而简单的固相合成工艺更利于工业化推广。Tiezhu Mei等通过系统的光谱学分析，为设计多功能光学材料建立了普适性研究方法。