基于主成分分析(PCA)的Ce3+掺杂BaF2单晶发光测温技术研究

研究人员针对Ce3+掺杂材料因4f-5d跃迁纳秒级发光特性导致的传统测温方法受限问题，创新性地将主成分分析(PCA)应用于BaF2:Ce3+单晶的发光光谱分析。通过垂直布里奇曼法生长晶体并系统表征，在270 nm激发下获取300-550 K温区的变温光谱，利用PCA提取出与温度强相关的主成分(PC1)，实现~1 K的高精度测温分辨率，为Ce3+体系非接触测温提供了新范式。

　　

在发光测温领域，Ce³⁺掺杂材料因其4f-5d跃迁的纳秒级快速发光特性，传统依赖发光强度比(LIR)的测温方法面临重大挑战。这项研究另辟蹊径，将化学计量学中的主成分分析(PCA)这一多变量分析方法引入到BaF₂:Ce³⁺单晶的变温光谱研究中。

研究团队采用垂直布里奇曼法成功制备了高质量单晶，在270 nm LED激发下系统采集了300-550 K温区的光致发光光谱。面对复杂的光谱重叠难题，PCA算法展现出独特优势——通过降维处理从全谱信息中提取出关键主成分PC₁，该成分与温度呈现优异的单调响应关系。这种智能数据处理方法突破了传统技术对分立发光峰的依赖，最终实现平均1 K的温度分辨率，较常规方法提升了一个数量级。

该工作为快发光稀土材料的精准测温开辟了新思路，PCA算法的引入犹如为光谱分析装上了"智能滤镜"，特别适用于医疗设备温度监控、微区热成像等需要高时空分辨率的应用场景。研究证实，即使对于发光寿命极短的Ce³⁺体系，通过先进算法挖掘光谱隐藏信息，仍可实现媲美长寿命发光材料的测温性能。