Bi3+-Eu3+共掺杂橄榄石型荧光粉的光学测温研究：高灵敏度与pH稳定性

为解决传统光学温度传感器灵敏度受限和环境适应性差的问题，研究人员开发了新型Bi3+-Eu3+共掺杂CaLuGaO4荧光粉。通过调控离子浓度与能量转移，实现了298-473 K范围内0.43% K?1绝对灵敏度和1.07% K?1相对灵敏度，且在pH 3-12溶液中保持稳定，为复杂环境下的光学测温提供了创新解决方案。

　　

在光学测温领域，传统基于热耦合能级(TCL)的技术因受限于ΔE能量间隙，其灵敏度提升遭遇瓶颈。与此同时，复杂化学环境（如强酸强碱）下的测温需求日益迫切，但现有材料的pH稳定性普遍不足。针对这些挑战，山东省自然科学基金支持的研究团队创新性地将环境敏感的Bi³⁺离子与特征发光的Eu³⁺离子共掺杂于橄榄石型CaLuGaO₄基质中，相关成果发表在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》。

研究采用高温固相法合成材料，通过X射线衍射(XRD)确认晶体结构，利用荧光光谱分析能量转移机制。重点考察了Bi³⁺的³P₁→¹S₀蓝光发射与Eu³⁺的⁵D₀→⁷F_J红光发射的强度比(FIR)随温度的变化规律。

【结构分析】
XRD显示所有掺杂样品均保持纯相正交晶系结构，Bi³⁺/Eu³⁺成功取代八面体配位的Ca²⁺/Lu³⁺位点，晶体场分裂能达18,000 cm^?1，为离子掺杂提供理想环境。

【光学特性】
通过调控Bi³⁺浓度实现蓝光发射峰从410 nm红移至450 nm；Eu³⁺掺杂后出现592/615 nm特征峰，二者存在显著能量转移，转移效率达78.3%。

【温度传感性能】
在298-473 K范围内，FIR值呈现规律性变化：绝对灵敏度在473 K达峰值0.43% K^?1，优于多数TCL型传感器；相对灵敏度更达1.07% K^?1，突破ΔE限制。

【环境稳定性】
pH 3-12溶液中浸泡48小时后，FIR波动小于2.5%，在强酸(pH=3)条件下Eu³⁺发射强度仅衰减4.7%，显著优于传统有机荧光探针。

该研究通过巧妙的离子共掺杂策略，首次将橄榄石结构应用于光学测温领域。其突破性在于：①利用Bi³⁺的6s²→6s6p跃迁对环境敏感的特性，实现高灵敏度；②通过基质刚性结构保障pH稳定性；③开发出同时适用于气相和液相体系的通用型传感器。这些发现为生物体内微环境监测、化工反应过程控制等特殊场景提供了新的材料选择，推动了非接触式测温技术的发展。