负热膨胀荧光材料Sc2(MoO4)3中交叉弛豫增强的近红外二区荧光及其高灵敏度温度传感研究

本文报道了一种基于负热膨胀（NTE）基质Sc2(MoO4)3:Yb3+/Tm3+的新型温度传感材料，通过调控Tm3+离子交叉弛豫（CR）过程，实现了近红外二区（NIR-Ⅱ）荧光强度2964倍的异常热增强效应，为生物组织无创高精度温度监测提供了创新解决方案。

　　

亮点

本研究揭示了负热膨胀（NTE）基质Sc₂(MoO₄)₃中Tm³⁺离子交叉弛豫（CR）的浓度依赖性效应：高浓度（8%）掺杂时，1627 nm（³F₄→³H₆）荧光强度热增强因子高达2964，寿命延长因子达7.2，显著优于低浓度（0.5%）样本的2.7倍。这种"热激活荧光"现象源于NTE晶格收缩与CR协同作用，为活体深组织温度测绘提供了新工具。

合成方法

采用高温固相法合成Sc₂(MoO₄)₃:x% Tm³⁺/y% Yb³⁺系列材料（x=0.5-8，y=20），使用99.99%纯度稀土氧化物原料，经研磨煅烧获得纯相。

结构解析

XRD精修显示所有样品均保持Sc₂(MoO₄)₃单斜结构（JCPDS 73-10），高浓度Tm³⁺掺杂导致晶胞参数异常收缩，证实NTE效应与掺杂浓度的非线性关联。

结论

该工作首次阐明CR过程在NTE材料中对NIR-Ⅱ荧光的双向调控机制：高能级（¹G₄）发射热增强因子从21.6降至1.2，而³F₄能级发射增强2964倍。基于I_{1629 nm}/I_{1197 nm}强度比构建的温度传感模型，在生物医学窗口展现出卓越灵敏度。