Sm3+/K+共掺杂Sr2Al2SiO7荧光粉的电荷转移带红移与比率测温性能增强研究

本文报道了一种新型Sm3+/K+共掺杂Sr2Al2SiO7荧光粉，通过激发强度比（EIR）和单波段比率（SBR）技术实现了高温光学测温。K+掺杂使热稳定性提升至90.86%，相对灵敏度达0.558% K-1，为高精度非接触式测温提供了创新材料解决方案。

　　

Highlight

本研究通过高温固相法合成了Sr₂Al₂SiO₇:Sm³⁺/K⁺荧光粉，首次将其应用于激发强度比（EIR）温度测量领域。K⁺作为电荷补偿剂，不仅将热稳定性从86%提升至90.86%，更通过Sm³⁺-O^2-电荷转移带（CTB）的红移现象，实现了0.472% K^-1的超高相对灵敏度——这个"温度敏感双提升"效应在现有文献中极为罕见。

Results and discussion

X射线衍射（XRD）证实样品具有四方钙铝黄长石结构（空间群P42₁m），扫描电镜（SEM）显示5-95 μm的颗粒团聚体。有趣的是，当温度从298K升至573K时，CTB发生明显红移（就像温度计的液柱膨胀），而404 nm激发峰则保持稳定。这种"一动一静"的特性被巧妙转化为EIR信号，构建的玻尔兹曼模型在473K时灵敏度达峰值。更妙的是，基于601 nm发射峰的单波段比率（SBR）方案，仅需250 nm和404 nm双波长激发，就在462K实现0.558% K^-1的"性价比之王"级灵敏度。

Conclusions

这项工作如同为高温测量领域打开了一扇新窗：通过K⁺掺杂诱导的CTB红移与能带调控，不仅突破了传统热耦合能级（TCLs）的灵敏度瓶颈，更开发出EIR与SBR双模式测温策略。尽管属于需要校准的二级温度计，但其在工业高温环境（如熔炉监测）中展现的巨大应用潜力，为下一代光学温度传感器提供了全新设计思路。