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基于稀土掺杂上转换材料荧光峰值比的温度传感稀土掺杂的上转换发光材料在温度测量领域具有众多的优势,如较高的空间分辨率、非侵袭性、快速响应、较强的电磁防护能力、全光系统避免了电火花等特性,因此在光学温度传感领域有着广阔的应用前景。尽管上转换发光材料作为温度传感器被大量报道,但定量地分析温度依赖的上转换发光机制,还很少被报道。同时实现准确的温度测量,以及提高的测温灵敏度一直是众多科研工作者努力的方向。本文的主要研究内容如下:通过溶胶-凝胶法制备了薄膜与粉末形态的Gd2(MoO4)3:1%Er3+/9%Yb3+上转换发光材料,分别研究了两种形态样品不同激发功率下的光热效应。薄膜材料由于较少的光吸收,较快的热耗散,导致其几乎不受光热效应影响。相反粉末压片样品由于较大的光吸收、较慢的热耗散,因此受光热效应影响很大。采用离子与离子(能量传递、交叉弛豫)、离子与声子(声子辅助的能量传递、无辐射弛豫)、离子与光子的相互作用(光吸收、自发辐射)建立理论模型并定量计算,阐述了薄膜材料的温度依赖的上转换发光机制,解释其上转换发光强度与温度的变化关系。由于薄膜样品几乎不受光热效应影响,可以实现准确的温度测量,研究了295K至675K温度区间Gd2(MoO4)3:1%Er3+/9%Yb3+薄膜材料的温度传感特性。对于粉末压片样品具有较大的光热效应,因此可以作为光学加热器,并且定量计算了激发功率与材料温度的关系,发现当激发功率从0.03W增加到3.78W时,粉末压片样品的温度从323K增加到617K。材料的测温性能很大程度上受基质材料的影响,因此研究了Gd2(WO4)3:Er3+/Yb3+材料温度传感特性。研究发现,由于Er3+离子4S3/2能级劈裂为4S3/2(2)与4S3/2(1)能级,4F9/2能级劈裂为4F9/2(2)与4F9/2(1)能级,导致长波长的绿光峰与红光峰发生强烈的光谱劈裂。由于能级劈裂,Er3+离子由原来一对热耦合能级变为五对热耦合能级(2H11/2与4S3/2(2)、2H11/2与4S3/2(1)、2H11/2与4S3/2、4S3/2(2)与4S3/2(1)、4F9/2(2)与4F9/2(1)),分别研究了基于这五对热耦合能级的温度传感特性。研究发现相比于传统的2H11/2与4S3/2能级,基于Stark能级的可实现更高灵敏度的温度测量。尽管荧光峰值比技术通常基于热耦合能级,基于热耦合能级测温方法,在激发方式、探测手段上有很大的局限性。实际上,稀土离子绝大多数能级对为非热耦合能级,并且非热耦合能级的荧光峰值比也显示出温度依赖特性。因此,研究了Gd2(WO4)3:Ho3+/Tm3+/Yb3+发光材料基于非热耦合能级的温度传感特性,以及发光颜色随温度变化的性质。稀土掺杂NaLuF4被认为是目前上转换发光效率最高的材料。红光对生物体具有较高的穿透深度,因此研究了NaLuF4:20%Yb3+/2%Er3+/1%Tm3+发光材料基于红光能级(4F9/2与3F2)的温度传感特性,同时也研究了基于蓝光能级(1D2与1G4)与绿光能级(2H11/2与4S3/2)温度传感特性。另外,在NaLuF4:Yb3+/Er3+材料中掺杂Mn2+离子改变红光与绿光的比值,Mn2+离子的4T1能级作为能量传递的桥梁,使Er3+离子的4S3/2与4F9/2能级之间形成一个能量传递的通路,而能量传递概率又是温度的函数。研究了NaLuF4:Yb3+/Er3+与NaLuF4:Yb3+/Er3+/Mn2+材料的温度传感特性。研究发现,在295-525K温度范围内,NaLuF4:Yb3+/Er3+/Mn2+发光材料基于非热耦合能级(4F9/2和4S3/2)的测温灵敏度大于NaLuF4:Yb3+/Er3+发光材料基于热耦合(2H11/2和4S3/2)或非热耦合能级(4F9/2和4S3/2)的测温灵敏度。