基于SrGa4 O7 :Pr3+ 的高灵敏度自校准比率型光学温度计及其动态防伪应用研究

【编辑推荐】为解决非接触式温度测量在极端环境中的精度问题及传统防伪技术的易仿冒性，研究人员首次设计合成镓酸盐结构SrGa4 O7 :Pr3+ 荧光粉，实现300-450 K范围内2.25%/K的超高相对灵敏度（Sr ），并利用其长余辉特性开发动态防伪技术，为光学传感与安全标识提供新材料。

　　

在电磁场、微温度场等复杂环境中，传统温度测量技术常因接触干扰或环境限制而失效。与此同时，商品防伪领域面临荧光材料易仿制、稳定性差的痛点。光学测温技术虽具备非接触优势，但现有荧光粉存在灵敏度不足、热猝灭严重等问题；防伪材料则普遍缺乏动态响应特性。镓酸盐家族（如Sr₃
Ga₄
O₉
、BaGa₄
O₇
）因其独特的晶体场效应和稀土离子兼容性，成为解决这些问题的理想载体。

为突破上述局限，国内研究人员通过高温固相法首次合成SrGa₄
O₇
:Pr³⁺
荧光粉，系统研究了其温度传感与防伪性能。该工作发表于《Journal of Rare Earths》，揭示了该材料在300 K时达到17.20%/K的绝对灵敏度（S_a
），并实现1小时以上的长余辉发光，为多场景应用提供新方案。

关键技术方法
研究采用X射线衍射（XRD）精修确定单斜晶系C₂
/c空间群结构，通过能量色散谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）精确控制Pr³⁺
掺杂浓度（x=0-0.015）。变温光谱（300-450 K）评估热稳定性，结合荧光强度比（FIR）模型构建光学温度计，并利用254 nm紫外激发测试长余辉性能。

研究结果

1. 相结构：Rietveld精修证实Pr³⁺
   占据Sr²⁺
   位点，GaO₄
   四面体结构稳定（图1a）。
2. 光学性能：464 nm激发下同时发射蓝（³
   P_0,1
   →³
   H₄
   ）、绿（³
   P₁
   →³
   H₅
   ）、红（¹
   D₂
   →³
   H₄
   ）三色光，x=0.009时发光最强。
3. 温度传感：300 K时S_r
   =2.25%/K，425 K下发光强度仅衰减13%，显著优于传统材料。
4. 防伪应用：30分钟UV照射后持续发光>1小时，据此开发动态防伪标签。

结论与意义
该研究开创性地将SrGa₄
O₇
:Pr³⁺
应用于光学测温与防伪双领域：其高灵敏度源于Pr³⁺
的能级热耦合效应，而长余辉特性则与晶格缺陷形成的电子陷阱相关。相较于现有技术，该材料兼具工艺简单（固态合成）、成本低（纯度99.9%原料）和抗热猝灭优势，为恶劣环境温度监测提供了自校准解决方案。在防伪领域，动态余辉特性突破了静态荧光易复制的局限，有望推动高端商品安全认证技术发展。未来可通过能带工程进一步优化余辉时长，或探索其他稀土离子（如Eu³⁺
）共掺杂以拓展发光颜色维度。