近日，蘭州大學材料與能源學院王育華教授課題組在溫度傳感用發光材料領域取得了新進展。相關研究成果以“Luminescence Thermometry via MultiParameter Sensing in YV1-xPxO4:Eu3+, Er3+”為題于2025年4月4日發表在《Journal of the American Chemical Society》。蘭州大學材料與能源學院博士生馬一璇為論文第一作者，王育華教授和荷蘭皇家科學院院士、蘭州大學兼職教授Andries Meijerink為通訊作者。該項研究工作得到了國家自然科學基金資助。

發光測溫是一種通過利用溫度依賴性發光特性實現遠程溫度傳感的技術。基于兩個熱耦合發射能級的鑭系摻雜發光材料，其發光強度比（LIR）隨溫度變化的特性已被成功用于設計高靈敏度發光溫度計。然而，鑭系元素4fn→4fn禁戒躍遷的低吸收強度限制了材料亮度，且此類玻爾茲曼型溫度計僅在有限溫區對溫度敏感。為解決上述問題，該團隊設計了一種新型發光溫度探針：YV1-xPxO4:Eu3+, Er3+。該體系通過釩酸鹽的強寬帶電荷轉移吸收敏化鑭系離子發光，并利用磷酸鹽/釩酸鹽取代（x的變化）調控Eu3+發光的熱猝滅溫度，成功實現可調的寬范圍最佳測溫區間。通過多參數傳感策略，該材料在室溫至873K寬溫域內展現出0.5%/K至超過5%/K的可調相對靈敏度。為驗證實際應用價值，研究團隊將其用于芯片原位溫度檢測，測溫精度優于1K，充分證明其在精確溫度領域的應用潛力。

多參數傳感發光探針YV??xPx0?：Eu3+，Er3+概述圖

溫度傳感在各領域具有基礎且廣泛的應用價值，從監測人體體溫異常等日常應用，到工業設備中的化學反應調控、電子設備熱管理等專業領域均有涉及。近年來，基于鑭系離子溫度依賴性發光特性的遠程光學測溫技術發展迅速，對其靈敏度和測溫精度提出了更高要求。隨著催化反應監測、微流控芯片熱管理及高功率器件熱分析等領域的發展，開發適用于高溫環境（T400 K）的新型溫度探針以實現高分辨率遠程溫度傳感，已成為當前研究熱點。

實現寬溫域穩定且靈敏的溫度檢測至關重要。基于兩個熱耦合能級發光強度比(LIR)的測溫方法因其具有高相對靈敏度Sr、自校準特性，以及對局部環境變化不（非完全）敏感等優勢備受關注。然而，這類探針的高Sr溫度范圍有限，且在高溫區靈敏度急劇下降，嚴重制約其在寬溫域過程監測中的應用。此外，多數鑭系玻爾茲曼溫度探針的激發過程涉及宇稱禁阻的4fn→4fn躍遷，其弱吸收特性導致納米探針亮度受限。特別是在需要短采集時間（如高分辨率溫度成像）、低激發強度或弱發射收集效率的應用場景中，高亮度納米探針對獲得理想溫度精度至關重要。

圖 (a-c) 芯片原位溫度檢測示意圖。(d) 使用 YVO4:2%Er3+,1%Eu3+納米發光溫度計涂覆于芯片表面在310nm激發下隨溫度變化的發射光譜。(e) 實時監測的實際溫度 (TR) 曲線、變溫裝置的設定溫度 (TS) 曲線，以及根據 Er3+ 2H11/2-4S3/2 LIR玻爾茲曼測溫法計算的芯片溫度(TC-B)。(f) 不同溫度下TC-B與TR之間的誤差。(g) 表面涂覆納米發光溫度計的芯片的變溫發射光譜。(h) TR 曲線、TS 曲線以及根據 Er3+/Eu3+ LIR測溫法計算出的芯片溫度(TC-M)。 (i) 不同溫度下 TC-M 與 TR 之間的誤差。

為解決上述關鍵科學問題，王育華教授課題組開發了一種新型YV1-xPxO4:Eu3+，Er3+發光溫度探針。該體系通過釩酸鹽的強寬帶電荷轉移吸收敏化鑭系離子發光，并利用磷酸鹽/釩酸鹽取代（x的變化）調控Eu3+發光的熱猝滅溫度，成功實現可調的寬范圍最佳測溫區間。此外，該材料具有多種溫度依賴發光特性：Er3+的2H11/2/4S3/2發光強度比、Er3+與Eu3+積分發光強度比、以及Eu3+熒光壽命。基于多參數傳感策略，微/納米晶溫度探針在室溫至873K寬溫域內展現出0.5%/K至超過5%/K的可調相對靈敏度。研究團隊將其用于芯片原位溫度檢測，測溫精度優于1K，充分證明這種新型發光溫度計在精密測溫領域的應用潛力。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c02306

審核編輯 黃宇