《Optical Materials》：Er3+-doped BaY
2F
8 for Non-Contact Lifetime Thermometry: Combined Effects of Dopant Concentration and Programmable UV LED Excitation
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本文开发了一种基于可编程电子模块的荧光寿命温测系统，利用紫外LED精确控制激发脉冲，实现非接触式温度测量。研究Er3?掺杂BaY?F?晶体在1、2、3 mol%浓度下的荧光特性，发现3 mol%样品荧光效率最高且无浓度淬灭现象，其荧光寿命随温度升高呈指数下降，热灵敏度达0.36% K?1，验证了该材料作为高灵敏度荧光温标的可行性，系统重复性达98%。
Danilo D. Tannus | Adriano.B. Andrade | Giordano F.C. Bispo | Sonia L. Baldochi | Zélia S. Macedo | Mário.E.G. Valerio
塞尔希培联邦大学材料科学与工程研究生课程，圣克里斯托旺 – SE，49107-230，巴西
摘要
本研究介绍了一种基于可编程电子模块的发光测温系统，该模块能够精确控制使用紫外LED光源产生的激发脉冲，从而实现发光寿命的时间分辨测量。该系统被用于研究掺杂浓度对氟化钡和钇（BaY2F8）中Er3+离子发光寿命的影响，以及这些掺杂浓度对其作为温度传感器的应用可能产生的影响。光谱测量结果显示，掺杂3摩尔% Er3+的样品具有最高的发光效率，且未观察到浓度淬灭现象。发光寿命随温度升高而缩短，这归因于所有样品中非辐射弛豫过程的增加。通过测量发光寿命与温度的关系获得了相对热灵敏度（Sr），其中掺杂3摩尔% Er3+的样品在317 K时的热灵敏度最高，达到0.36% K-1，表明其具有作为非接触式发光温度传感器的潜力。所有测量均通过专门为激发和基于寿命的发光检测开发的电子模块进行，从而实现了对激发脉冲参数的精确控制。测量的重复性约为98%，证实了该传感器的稳定性和高重复性。研究结果表明，利用掺杂Er3+的BaY2F8结合可编程电子模块进行基于寿命的发光测温，提供了一种可靠且易于实现的温度传感方法，减少了了对复杂激发源（如激光器）的依赖，并提高了数据采集的灵活性。
章节摘录
引言
对更高精度温度测量的需求推动了新型测温方法的发展。在这些方法中，光学检测因其能够进行非接触式测量而成为一种有吸引力的选择，尤其是在传统传感器不适用或可能干扰被测过程的情况下。在发光测温技术中，几种方法尤为突出。
方法
Er3+掺杂的BaY2F8单晶是通过区熔法在氢氟酸（HF）气氛中由BaF2和YF3（以及ErF3）粉末制备而成的。根据BaF2-YF3相图[29]，按非化学计量比称量并混合原材料，并加入ErF3以制备掺杂浓度分别为1.0%、2.0%和3.0%的样品。前驱体在980°C下于铂金反应器中在氢氟酸气流中熔化，使用铂金坩埚以防止污染。
结果与讨论
图1显示了未掺杂样品和掺杂样品的XRD图谱与参考图谱[32]的对比结果。未发现掺杂样品出现额外的衍射峰，这表明掺杂剂并未形成新的相；由于Er的蒸气压低于Ba或Y[33]，这强烈表明掺杂离子已成功融入基体中。
进行了光致发光（PL）测量以进一步研究...
结论
本研究评估了掺杂浓度为1%、2%和3%的Er3+ BaY2F8作为温度传感器的性能。激发光谱和发射光谱表明，掺杂3摩尔% Er3+的样品具有最高的整体发光效率，而寿命分析显示发光寿命随温度升高而缩短，证实了非辐射过程的增强。尽管将掺杂浓度增加到3摩尔%并未...
作者贡献声明
Danilo D. Tannus：撰写初稿、验证、方法论设计、实验研究、数据分析、概念构建。
Zélia S. Macedo：撰写、审稿与编辑、资金申请。
Mário. E.G. Valerio：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金申请。
Adriano. B. Andrade：撰写、审稿与编辑、验证、项目监督、概念构建。
Giordano F.C. Bispo：撰写、审稿与编辑、概念构建。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢CNPq和CAPES（巴西）提供的财务支持，以及AGITTE/UFS通过PICSrev No. 28/2024和Minha Patente No. 21/2024项目提供的支持。Danilo D. Tannus感谢CAPES提供的奖学金（88887.950888/2024-00），Mário E.G. Valerio感谢CNPq提供的资助（317283/2021-9）。
