基于Eu3+/Dy3+掺杂Y2Mo3O12荧光增强效应的光热驱动逻辑器件与多模态传感研究

本研究针对传统电子逻辑系统复杂性和信号串扰问题，开发了具有热增强发光特性的Y2Mo3O12:Eu3+/Dy3+荧光材料。通过调控Eu3+红光和Dy3+黄光的温度依赖性发射强度，成功构建了光热驱动逻辑电路（实现AND/OR/XOR等6种运算）、光学温度计（基于FIR技术）和压力-温度双模态传感器（光学/电容信号解耦），为智能光电系统提供了新型材料解决方案。

　　

在智能传感与光电计算领域，传统电子系统面临环境响应模式单一、多信号检测串扰等瓶颈问题。如何实现光-热-力多物理场协同调控，并构建具备环境自适应能力的智能器件，成为当前研究的重点挑战。

南京邮电大学物理电子学专业的研究人员创新性地选择了具有负热膨胀特性的Y₂Mo₃O₁₂作为基质，通过Eu³⁺/Dy³⁺双掺杂策略，开发出反常热增强发光材料。该材料在温度升高时，由于晶格收缩导致稀土离子局域对称性改变，使得特征发射（Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂红光和Dy³⁺的⁴F_9/2→⁶H_13/2黄光）强度不降反升，这种独特的温度响应行为为多功能器件设计提供了新思路。相关成果发表在《Separation and Purification Technology》上。

研究采用高温固相法合成荧光粉，通过XRD确认晶体结构，利用变温PL光谱分析热增强机制。基于荧光强度比（FIR）技术构建光学温度计，结合柔性电容压力传感器开发双模态器件。通过空间编码矩阵设计，实现了光/热输入的可编程逻辑运算。

【Luminescence property and thermal enhancing behaviors】

正交晶系的Y₂Mo₃O₁₂:Eu³⁺/Dy³⁺在980℃烧结后形成纯净相。温度升高至423K时，Eu³⁺发射强度提升2.3倍，这是由于[MoO₄]四面体旋转导致的晶格收缩增强了电偶极跃迁。

【Dual-input logic circuit system】

以365nm紫外光和温度作为输入信号，当设置阈值I_Eu/I_Dy>1.5为逻辑"1"时，系统可执行OR/NOR/AND运算，响应时间<0.5s。

【Light-thermal driven logic operation device】

通过6×6荧光粉矩阵的空间排布，在相同硬件上实现了XNOR（温度300K/紫外光开）、NAND（温度380K/紫外光关）等6种逻辑功能切换。

【Optical thermometer】

基于Eu³⁺（616nm）与Dy³⁺（575nm）的FIR值，在303-423K范围内获得1.04%K^-1的相对灵敏度，优于传统Er³⁺寿命测温法。

【Dual-modal sensor】

光学温度通道（Eu³⁺发射）与电容压力通道（0-20kPa）的串扰率<3.7%，解决了电子皮肤多参数检测的干扰难题。

该研究突破了荧光材料热猝灭的传统认知，通过负热膨胀效应实现了发光性能的逆向调控。所开发的多功能平台将环境刺激直接转化为光学信号，为新一代光电逻辑器件和智能传感器提供了普适性设计范式。特别是光-电信号的自然解耦特性，为开发抗干扰的多模态传感系统开辟了新途径。未来通过调控稀土离子组合（如加入Tb³⁺），有望进一步扩展颜色可调范围和逻辑运算复杂度。