Tytuł: Positive luminescence thermal coefficient of Mn2+ ions for highly sensitive luminescence thermometry

Autorzy: W. M. Piotrowski, K. Kniec-Stec, M. Suta, B. Bogielski, B. Pozniak, L. Marciniak*

Czasopismo: Chemical Engineering Journal 

DOI: 10.1016/j.cej.2023.142492

Marciniak 2 TOC

W swoim ostatnim artykule grupa prof. Łukasza Marciniaka bada termometry luminescencyjne wykazujące termiczne wzmocnienie intensywności luminescencji jonów Mn2+.

Ciesząca się w ostatnim czasie sporym naukowym zainteresowaniem termometria luminescencyjna umożliwia zdalny odczyt temperatury bazując na analizie parametrów spektroskopowych luminoforu. W celu uzyskania wysokiej dokładności i precyzji odczytu temperatury istotne jest aby zastosowany luminofor wykazywał nie tylko wysoką czułość względną na zmiany temperatury ale przede wszystkim aby wykazywał wysoką jasność luminescencji zapewniając wysoki stosunek sygnału do szumu. Jest to szczególnie istotne w przypadku temperatur powyżej 373K dla których w przypadku większości luminoforów obserwuje się wygaszanie temperaturowe luminescencji, które może skutkowac wysokimi czułościami termometru, ale wiąże się z obniżeniem intensywności luminescencji niekorzystnie wpływając na dokładność odczytu temperatury.

Aby zapewnić wysoką czułość względną termometru zachowując wysoką intensywność luminescencji w tej pracy przedstawiono podejście bazujące na emisji jonów Mn2+ zlokalizowanych w pięciokrotnie skoordynowanej pozycji krystalograficznej. Jak wykazano w tak nietypowym otoczeniu poziom 4G ulegał rozszczepieniu na dwa poziomy, a wzrost temperatury powodował mieszanie się funkcji falowych tych dwóch stanów wzbudzonych zmieniając prawdopodobieństwo procesów radiacyjnej depopulacji poziomu 4T1. Na skutek tego efektu obserwowano wzrost intensywności luminescencji jonów Mn2+ wraz ze wzrostem temperatury aż do 543K. Tym samym ratiometryczny termometr luminescencyjny bazujący na luminescencji jonów Mn2+ i Cr3+ w CaGa4O7:Mn2+,Cr3+ charakteryzował się czułością powyżej 2%/K przy niepewności wyznaczania temperatury niższej niż 0.1K w szerokim zakresie temperatur. Jak zostało wykazane ten biokompatybilny termometr luminescencyjny świetnie sprawdza się zarówno w punktowym odczycie temperatury jak i w dwuwymiarowym obrazowaniu termicznym. Należy oczekiwać iż zaobserwowany efekt związany z termicznym wzrostem intensywności luminescencji jonów Mn2+ nie jest incydentalny i dalsze badania będą miały na celu jego zbadanie w innych materiałach wykazujących podobne właściwości strukturalne.