Ln3+掺杂Cs2KInCl6无铅双钙钛矿增强自陷态激子发光、抗热淬灭特性以及在高灵敏度温度传感中的应用
日期：
2025-02-27
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基于离子热耦合能级的荧光强度比（fluorescence intensity ratio, FIR）技术，因其非接触监测、响应时间快、测量精度高等特点，被广泛应用在光学温度传感领域。无铅双钙钛矿（Double Perovskite，DPs）（A2BB’X6）因其良好的环境稳定性和可调节的自陷态激子宽带发射，成为新型光电材料与器件领域的一个崭新的研究方向。然而，间接带隙、宇称禁戒跃迁效应和温度猝灭导致了大多数该类材料较低的发光强度，这阻碍了其在高灵敏度光学温度传感领域的商业化发展。因此，开发一种有效的方法提高双钙钛矿材料的自陷态激子发光以及在高温环境中的稳定性，成为了研究高灵敏度光学温度传感材料的关键课题。北京工商大学物理系周珺、徐登辉教授提出了一种基于Ln3+诱导Cs2KInCl6无铅双钙钛矿材料的自陷态激子增强与抗热淬灭特性的方法，并探讨了其在高灵敏度温度传感中的应用。相关结果发表在 Advanced Optical Materials。研究人员利用溶剂热法制备了零维金属卤化物Cs2KInCl6:Yb3+,Er3+。由于宇称禁戒跃迁，Cs2KInCl6展现较弱的本征STEs发射，发射峰位于500 nm，半峰宽为107 nm。通过在Cs2KInCl6中掺杂稀土离子Er3+，构建了Cs2KInCl6中本征STEs与稀土离子Er3+的能量传递体系，不但实现了Er3+的下转移和上转换绿光发射，还通过增大[InCl6]3-八面体畸变从而显著增强了本征STEs发射。通过共掺Yb3+，不但将Cs2KInCl6:Er3+的上转换量子效率从0.98%提高到1.66%，还构建了具有反热猝灭特性的非接触式温度传感体系。该反热猝灭特性归因于Yb3+的声子辅助能量传递上转换过程（ETU）与多声子弛豫（MPR）之间的竞争过程：当温度介于300-380 K时，MPR占主导作用，因此上转换发光强度降低；当温度介于380-480 K时，ETU占主导作用，因此上转换发光强度增强。基于Er3+的热耦合能级和FIR机理，研究了Cs2KInCl6:Yb3+,Er3+非接触式温度传感特性，具有较高的灵敏度（绝对灵敏度和相对灵敏度分别为1.67% K-1和1.42% K-1）、良好的循环特性和热稳定性。该工作一方面深入分析“结构-发光”之间的关联性，从结构的角度深入理解Cs2KInCl6和Cs2KInCl6:Yb3+,Er3+中STEs和上转换发光过程以及反热猝灭发光机理，为设计新型稳定零维金属卤化物提供思路和借鉴意义；另一发面，基于FIR技术探究了非接触式温度传感性能，Cs2KInCl6:Yb3+,Er3+具有较高的灵敏度、良好的循环特性和热稳定性，有望将其用于温度探测领域。
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