项目名称: 基于热增强型稀土离子荧光的温度传感方法研究

项目编号: No.61505174

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 徐伟

作者单位: 燕山大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 基于稀土离子荧光强度比的测温技术具有本质安全、抗电磁干扰、精度高、稳定性强等突出优势,在电力工业、石油化工和生物医学等重要领域存在巨大的应用价值。然而,目前对发光中心研究的局限性以及温升引起的荧光热猝灭效应,导致该方法灵敏度与准确性的提升遭遇瓶颈。本项目拟采用高温固相法制备系列Nd3+-Yb3+离子对掺杂的磷酸盐玻璃材料,在红外激光驱动下,依据声子辅助能量转移机制实现热增强的Nd3+离子近红外荧光发射,进而用于光学温度测量。系统研究配位环境与稀土掺杂对Nd3+离子荧光特性及测温性能的调控,通过控制玻璃体的结构、组分,优化材料的感温性能;分析荧光俘获效应对稀土荧光测温行为的影响,探索温度对稀土离子能量传递动力学过程的作用,清晰热耦合能级粒子布居状态随温度变化的微观物理图像。以上关键问题的解决,将促进灵敏、精准的荧光温度传感器件的研发,具有重要的理论意义与实际应用价值。

中文关键词: Nd3+;离子;光致发光;荧光强度比;磷酸盐玻璃;温度传感

英文摘要: Temperature sensing technique based on the fluorescence intensity ratio of the rare earth ions possesses outstanding advantages, such as intrinsic safety, anti-electromagnetic interference, high accuracy, and good stability, and so on. These advantages make such technique has potential application in the electric industry, petrochemical engineering, biomedicine, and so on. However, the limited study on the activators as well as the thermal quenching effect caused by the temperature increment blocks the enhancement for the measurement sensitivity and accuracy. In this project, a series of Nd3+-Yb3+ codoped phosphate glasses will be synthesized through the high temperature solid-state method. Under the near infrared laser excitation, the thermally enhanced near-infrared emissions from Nd3+ ions will be designed via the multi-phonon assisted energy transfer and further used for the optical temperature sensing. The effect of the coordination environment and the rare earth ions doping content on the luminescence properties and the thermometry behavior of Nd3+ will be systematically investigated. Through designing the component and the structure of the luminescent materials, the temperature sensing properties will be optimized. The effect of the fluorescence trapping on the thermometry behavior will be emphasized. Additionally, the effect of temperature on the energy transfer dynamics processes between the rare earth ions will be studied, and the changing in the population of the thermally coupled levels during the temperature measurement will be investigated. The solution of the above problem is of great importance in the theoretical research and practical applications, which will promote the development of the optical temperature sensors with high sensitivity and good accuracy.

英文关键词: Nd3+ ions;photoluminescence;fluorescence intensity ratio;phosphate glass;temperature sensing

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