双模式荧光温度传感材料LuVO4:Sm3+的色温可调特性与指纹检测应用研究

研究人员针对非接触式温度传感灵敏度不足的问题，通过高温固相法合成LuVO4:Sm3+双发射中心荧光材料，利用(VO4)3-与Sm3+的FIR技术实现0.0089 K-1绝对灵敏度，并首次应用于潜指纹（LFP）荧光成像，为光学测温与刑侦检测提供新策略。

　　

温度测量在工业、医疗等领域至关重要，但传统接触式测温在极端环境中面临挑战。近年来，基于稀土离子热耦合能级（TCL）的荧光强度比（FIR）技术虽被广泛应用，却受限于能级固定、灵敏度低的瓶颈。如何开发具有高灵敏度的新型光学温度传感器，成为材料科学的研究热点。

中国研究人员通过高温固相法合成系列LuVO₄:xSm³⁺（x=0.1%-2.0%）荧光材料，创新性地利用钒酸根基团(VO₄)^3-（宽谱带发射峰441 nm）与Sm³⁺（特征峰564/601/645 nm）构成双发射中心。通过X射线衍射（XRD）和Rietveld精修确认材料纯度，结合变温光致发光（PL）光谱和寿命衰减测试，发现(VO₄)^3-→Sm³⁺能量转移导致色温可调现象。

关键实验技术
研究采用高温固相法分两阶段烧结（1073 K/6 h+1573 K/6 h），通过XRD、荧光光谱仪和寿命测试系统表征材料性能，建立温度-FIR数学模型，并利用CIE色坐标分析热致变色行为。

晶体结构与相分析
XRD显示所有样品均为纯相四方晶系LuVO₄（PDF#04-008-5908），Sm³⁺掺杂引起晶格收缩导致衍射峰右移（图1a），Rietveld精修验证Lu³⁺位点被Sm³⁺取代。

光学性能与温度传感
在318 nm激发下，(VO₄)^3-与Sm³⁺发射强度比呈现显著温度依赖性。基于三对非热耦合能级（(VO₄)^3-/Sm³⁺的⁴G_5/2→⁶H_J跃迁），计算得最大绝对灵敏度S_a=0.0089 K^-1，相对灵敏度S_r=1.44% K^-1。308-488 K范围内CIE坐标x的最大相对灵敏度达0.129% K^-1，色坐标偏移Δs=0.119。

潜指纹检测应用
紫外光激发下，材料对三级指纹特征（汗孔、分叉点）呈现高对比度荧光成像，证实其在刑侦领域的应用潜力。

该研究突破传统TCL-FIR技术的局限性，通过双发射中心设计实现高灵敏度光学测温，同时拓展了荧光材料在生物识别领域的应用场景。论文发表于《Journal of Alloys and Compounds》，为多功能光学传感器开发提供新思路。