SrYb?O?:Er3?荧光粉具有强烈的红光上转换特性，适用于温度传感应用

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：Strong red upconversion luminescence of SrYb 2O 4: Er3+ phosphor for temperature sensing

上转换发光材料SrYb?O?:Er3+通过高温固相法合成，最佳Er3+掺杂浓度为7 mol%，在980 nm激发下呈现强红光发射，其荧光强度与温度呈线性关系，灵敏度达0.0087 K?1，适用于非接触式高温传感。

　　这项研究聚焦于一种新型的上转换发光材料的开发，这种材料在特定条件下能够实现强红色上转换发光（UCL），并且展现出良好的温度传感性能。研究人员通过在SrYb?O?基质中掺杂Er3?离子，成功制备出一种具有优异发光特性的材料。这种材料不仅在980 nm激光激发下展现出强烈的红色发光，而且在不同温度条件下，其荧光强度的变化与温度之间具有显著的线性关系，表现出高灵敏度和良好的应用前景。

上转换发光是一种非线性光学现象，其核心原理是材料在低能量光的激发下，能够发出高能量的光。这种特性使得上转换材料在多个领域中具有重要的应用价值，包括光学传感器、生物成像、固态激光器以及高分辨率显示等。近年来，随着研究的深入，稀土元素如Yb3?和Er3?因其独特的光学性能成为上转换材料研究的重点。其中，Yb3?通常作为敏化剂，因其在近980 nm波长区域具有较大的吸收截面，而Er3?则因其高上转换效率和可调的发光波长，常被选为激活剂。

在实际应用中，许多上转换材料表现出多色发光的特性，这在某些场景下可能会带来干扰。例如，在生物成像中，短波长的发光可能会与生物组织中的背景自荧光发生重叠，影响成像的清晰度和灵敏度。因此，开发具有单一发射波长的上转换材料成为当前研究的一个重要方向。研究人员指出，红色上转换发光材料因其较强的穿透能力，能够有效减少背景干扰，提高检测效率，特别适用于高分辨率细胞温度测量等生物医学应用。

本研究中，研究人员选择SrYb?O?作为基质材料，这种材料属于Yb3?基的化合物，具有较高的熔点（约2400-2500 ℃）和适中的晶格振动能量（约754.2 cm?1）。这些特性使得SrYb?O?在高温应用中表现出良好的稳定性。同时，其结构也能够有效支持Er3?离子的掺杂，从而实现高效的上转换发光。研究人员通过高温固相法成功合成了不同Er3?掺杂浓度的SrYb?O?:Er3?磷光体，并发现当Er3?的掺杂浓度为7 mol%时，材料能够实现最佳的红色发光效果。

在对材料的发光机制进行分析时，研究人员发现，该磷光体的上转换发光过程主要依赖于功率相关的能量转移机制。通过改变激发功率，可以观察到红色发光强度的变化趋势，这表明该材料的上转换过程可能涉及多个光子的吸收和能量转移。此外，研究人员还通过实验手段验证了该材料在不同温度下的发光特性，发现其荧光强度与温度之间存在明显的线性关系，并且在573 K时达到最高的温度灵敏度（0.0087 K?1）。这一发现为该材料在温度传感领域的应用提供了有力支持。

光学温度传感器作为一种非接触式的测量方式，具有较高的灵敏度和快速的响应能力，这使其在许多需要高精度温度监测的场景中表现出色。例如，在煤矿、电磁场、电力站等复杂或危险的工业环境中，传统的接触式温度计往往难以满足需求，而光学温度计则因其非接触、抗电磁干扰等优势，成为一种更加可靠的选择。此外，光学温度计的测量范围广泛，能够适应多种温度条件，因此在实际应用中具有很大的潜力。

研究人员还对所制备的磷光体进行了材料表征和结构分析。通过X射线衍射（XRD）技术，研究人员确认了不同Er3?掺杂浓度的磷光体均保持了单一的晶体结构，没有出现杂峰。这表明材料在掺杂过程中保持了良好的结晶性和稳定性。同时，扫描电子显微镜（SEM）的分析结果也显示，磷光体的形态特征较为均匀，这进一步验证了其在实际应用中的可行性。

在实验过程中，研究人员对磷光体的发光性能进行了系统的测试和分析。通过改变激发功率和温度，观察到红色发光强度的变化趋势，并结合理论模型对发光机制进行了深入探讨。研究结果表明，该材料在低能量光的激发下能够实现高效的上转换发光，其发光效率与温度之间的关系符合预期。这种特性使得该材料在温度传感方面具有较高的应用价值。

此外，研究人员还探讨了该材料在生物医学领域的潜在应用。由于红色上转换发光材料在生物组织中的穿透能力较强，且能够减少背景干扰，因此在细胞温度监测等生物成像应用中具有独特的优势。通过将材料制备为纳米颗粒，可以实现其在细胞内的靶向输送，从而实现对细胞内部温度的实时监测。这一技术的应用不仅能够提高生物医学研究的精度，还能够为疾病诊断和治疗提供新的手段。

在实际应用中，该材料的稳定性和优良的光学性能使其能够适应多种复杂环境。例如，在高压电力设备中，该材料可以用于监测关键部件的温度变化，从而实现对设备运行状态的实时监控，提高设备的安全性和可靠性。此外，由于其非接触的特性，该材料在电磁干扰较强的环境中也表现出色，这使得其在多个工业领域中具有广泛的应用前景。

综上所述，这项研究为开发新型的上转换发光材料提供了重要的理论依据和实验数据。通过在SrYb?O?基质中掺杂Er3?离子，研究人员成功制备出一种具有强红色发光和高温度灵敏度的材料。该材料不仅在高温应用中表现出良好的稳定性，还能够在复杂的工业环境中实现精准的温度监测。其独特的光学性能和非接触测量的优势，使其在多个领域中具有广阔的应用前景。未来，随着研究的进一步深入，该材料有望在光学温度传感、生物医学成像、工业监测等方向中发挥更大的作用。