Al3+ 离子掺杂增强In2 O3 : Er3+ , Yb3+ 荧光粉上转换发光性能及其光学温度传感应用

本研究针对稀土掺杂上转换发光材料（UCL）效率不足的问题，通过高温固相法制备了Al3+ 掺杂的In2 O3 : Er3+ , Yb3+ 荧光粉。实验表明，2% Al3+ 掺杂使绿光与红光强度分别提升2.23倍和3.27倍，并通过荧光强度比（FIR）技术实现298–598 K范围内高灵敏度温度传感（绝对灵敏度0.067 K-1 ），为非接触光学测温提供了新型材料。

　　

在光学测温与生物成像等领域，稀土掺杂的上转换发光材料（UCL）因其能将长波激发光转化为短波发射的特性备受关注。然而，现有材料的发光效率在高温度环境下显著衰减，且传统热耦合能级（TCLs）温度传感器的灵敏度有限。针对这些瓶颈，西华大学的研究团队通过Al³⁺
离子掺杂策略，开发出具有增强发光性能与高灵敏度的新型温度传感材料。

研究采用高温固相法合成In₂
O₃
: 4% Er³⁺
, 10% Yb³⁺
, x% Al³⁺
（x=0–5）系列荧光粉，结合X射线衍射（XRD）、紫外-可见-近红外吸收光谱（UV-Vis-NIR）和功率依赖性分析等手段，系统探究了Al³⁺
掺杂对晶体结构及发光性能的影响。

Sample preparation
通过精确控制Al₂
O₃
等原料的化学计量比，采用乙醇辅助研磨与1400°C煅烧工艺获得纯相样品。

Results and discussion
XRD证实Al³⁺
掺杂未改变In₂
O₃
立方晶系结构，但引起晶格收缩（主峰右移）。在980 nm激发下，552 nm（⁴
S_3/2
→⁴
I_{15/sub>）和661 nm（⁴
F9/2
→⁴
I15/2
）发射峰强度随Al³⁺
浓度呈先增后减趋势，2%掺杂时达到峰值。机理研究表明，Al³⁺
取代In³⁺
导致局部晶场对称性破缺，促进Er³⁺
的4f电子跃迁。}

Conclusion
该工作实现了三重突破：（1）通过离子尺寸调控优化晶体场环境，使UCL强度提升3倍以上；（2）利用非热耦合能级（NTCLs）的荧光强度比技术，在598 K时获得1.13% K^?1
的相对灵敏度，优于多数TCLs基材料；（3）阐明了Al³⁺
掺杂浓度与发光性能的构效关系。这些发现为开发高稳定性光学温度传感器提供了新思路，相关成果发表于《Optical Materials》。