O Instytucie

Tytuł: Visual Luminescence Thermometry Enabled by Phase-Transition-Activated Cross Relaxation of Tb3+ Ions

Autorzy: L. Marciniak*, M. Szymczak*

Czasopismo:  Materials Horizons

DOI: 10.1039/D6MH00684A

Rozwój wizualnych termometrów luminescencyjnych zdolnych do wykazywania wyraźnych zmian barwy w odpowiedzi na zmiany temperatury wymaga racjonalnego projektowania luminoforów charakteryzujących się wysoką, spektralnie selektywną czułością termiczną. W niniejszej pracy przedstawiono strategię opartą na aktywacji procesów relaksacji krzyżowej indukowanej strukturalnym przejściem fazowym w materiale LiYO₂:Tb³⁺. Przejście fazowe ze struktury jednoskośnej do tetragonalnej w tym materiale modyfikuje symetrię punktową jonów Tb³⁺ w sieci krystalicznej, wzmacnia efekt Starka oraz umożliwia spełnienie warunku rezonansu energetycznego niezbędnego do efektywnej relaksacji krzyżowej. W konsekwencji emisja pochodząca ze wzbudzonego stanu ⁵D₃ ulega gwałtownemu wygaszeniu względem emisji ze stanu ⁵D₄ powyżej około 300 K, co prowadzi do wyraźnej, zależnej od temperatury zmiany barwy emitowanego światła z niebieskiej na zieloną. Mechanizm ten umożliwia uzyskanie wyjątkowo wysokich czułości opartych na współrzędnych chromatycznych, osiągających wartości S_Rx,max = 0,40% K^-1 oraz S_Ry,max = 0,72% K^-1 przy 410 K. Ponadto zmiany profilu widma emisji jonów Tb³⁺ wywołane przejściem fazowym umożliwiają realizację wielomodowego termometru luminescencyjnego o maksymalnej względnej czułości S_Rmax = 13% K^-1. Praktyczna użyteczność tego układu została zademonstrowana poprzez konstrukcję luminescencyjnego przełącznika termicznego typu ON-OFF oraz w pełni bezfiltrowe, dynamiczne dwuwymiarowe obrazowanie termiczne wykorzystujące niebieski i zielony kanał standardowej kamery cyfrowej, co umożliwia intuicyjną wizualizację, zdalny odczyt oraz mapowanie temperatury w warunkach dynamicznych.

Badania te były finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu 2022/45/B/ST5/01629.