助熔剂及基质改性对光学测温材料Y3Al5O12:Dy3+性能的影响OA
Effect of Flux and Host Modification on the Properties of Y3Al5O12:Dy3+for Optical Thermometry
以Y3Al5O12:Dy3+为研究对象,在添加不同助熔剂(如H3BO3、氟化物、氯化物、碳酸盐等)和进行基质离子调控(Lu3+、Ca2+、Zr4+和Si4+等部分取代Y3+或Al3+)后,通过高温固相法合成,系统考察了合成荧光粉的结构、形貌、光致发光特性及测温性能.助熔剂方面研究发现,添加质量分数2%的H3BO3可提升荧光粉的结晶度与发光强度.基质离子调控方面研究发现,当用Lu3+部分取代Y3+时,Lu2Y0.96Al5O12:0.04Dy3+在所有基质改性样品中发光强度最强.在353 nm紫外光激发下,随着温度从298 K升至1073 K,483 nm峰(4F9/2→6H15/2)强度下降而456 nm峰(4I15/2→6H15/2)增强,基于这2个热耦合能级跃迁强度比(FIR)实现了宽温区光学测温.其中,添加质量分数2%H3BO3后的Y3Al5O12:Dy3+荧光粉与基质离子取代Lu2Y0.96Al5O12:0.04Dy3+荧光粉的最大相对灵敏度分别达到0.7317%/K(378 K)和0.7483%/K(398 K),绝对灵敏度最大值分别为0.00086 K-1(918 K)与0.00085 K-1(958 K).由于受到温度变化的影响,热耦合能级上电子重新分布,Lu2Y0.96Al5O12:0.04Dy3+荧光粉483nm处的发射寿命从298 K时的0.405 ms缩短至1073 K时的0.314 ms.这些结果为设计改进高灵敏度、宽温域光学温度传感器提供了实验依据与优化策略.
Herein,Y3Al5O12:Dy3+was synthesized by high-temperature solid-state method after adding different fluxes(such as H3BO3,fluoride,chloride,carbonate,etc.)and adjusting matrix ions(partial substitution of Y3+or Al3+with Lu3+,Ca2+,Zr4+,Si4+,etc.).The structure,morphology,photoluminescence properties and temperature measurement properties of the synthesized phosphors were systematically investigated.In terms of flux optimization,the addition of 2%(mass percent)H3BO3 was observed to enhance the crystallinity and improve the luminescent intensity of the phosphors.Regarding host ion regulation,among all modified samples,Lu2Y0.96Al5O12:0.04Dy3+,where Y3+was partially substituted with Lu3+,exhibited the strongest luminescence.Under 353 nm ultraviolet excitation,as the temperature increased from 298 K to 1073 K,the intensity of the 483 nm emission peak(4F9/2→6H15/2)decreased while that of the 456 nm peak(4I15/2→6H15/2)increased.Utilizing the fluorescence intensity ratio(FIR)of these two thermally coupled energy level transitions enabled optical temperature measurement over a wide temperature range.Specifically,the maximum relative sensitivities of Y3Al5O12:Dy3+phosphor with 2%H3BO3 added and Lu2Y0.96Al5O12:0.04Dy3+phosphor with matrix ion substitution reached 0.7317%/K(at 378 K)and 0.7483%/K(at 398 K),respectively,and their maximum absolute sensitivities were 0.00086 K-1(at 918 K)and 0.00085 K-1(at 958 K),respectively.Due to the influence of temperature change,the electrons on the thermal coupling energy level are redistributed,and the emission lifetime of Lu2Y0.96Al5O12:0.04Dy3+phosphor at 483 nm is shortened from 0.405 ms at 298 K to 0.314 ms at 1073 K.These results provide experimental basis and optimization strategies for the design and improvement of high-sensitivity optical temperature sensors with wide temperature ranges.
陈泽志;郭一萱;李慧敏;庞然;李达;姜丽宏;MALIAREVICH Aliaksandr;张粟
中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用重点实验室,长春 130022||中国科学技术大学应用化学与工程学院,合肥 230026||中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用重点实验室,长春 130022||中国科学技术大学应用化学与工程学院,合肥 230026||中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用重点实验室,长春 130022||中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用重点实验室,长春 130022||中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用重点实验室,长春 130022||中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用重点实验室,长春 130022||中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022||白俄罗斯国立技术大学光学材料与技术中心,明斯克 220013,白俄罗斯中国科学院长春应用化学研究所,稀土资源利用重点实验室,长春 130022||中国科学技术大学应用化学与工程学院,合肥 230026||中国-白俄罗斯先进材料与制造"一带一路"联合实验室,中国科学院长春应用化学研究所,长春 130022
化学化工
Y3Al5O12:Dy3+助熔剂基质改性光学测温荧光寿命
Y3Al5O12:Dy3+FluxMatrix modificationOptical temperature measurementFluorescence lifetime
《应用化学》 2026 (3)
347-359,13
吉林省科技发展计划项目(No.20230101051JC)和国家自然科学基金(Nos.22373098,52072364,51902305)资助 Supported by Jilin Province Science and Technology Development Plan Project(No.20230101051JC)and the National Natural Science Foundation of China(Nos.22373098,52072364,51902305)
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