Оптическая термометрия на основе метода отношения интенсивностей люминесценции ионов Er3+ во фторидных стеклах при прямом возбуждении УФ-светодиодом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Высокотемпературным синтезом с использованием XeF2 в качестве фторирующего агента получены фторцирконатные и фторгафнатные стекла, активированные ионами Er3+ (ZBLAN:Er3+ и HBLAN: Er3+). Продемонстрирована возможность использования полученных стекол для оптической термометрии методом “Отношение интенсивностей флуоресценции” (FIR) на переходах 4S3/2 → 4I15/2 (540–560 нм) и 2H11/2 → 4I15/2 (515–535 нм) в ионе Er3+. Показано, что экспериментальные зависимости величины FIR от температуры хорошо моделируются стандартным выражением на основе больцмановского распределения электронов между соседними уровнями, находящимися в тепловом равновесии, в области температур T > 250 K для ZBLAN:Er3+ и T > 225 K для HBLAN:Er3+. Величины чувствительности (S) и относительной чувствительности (Sr) температурных измерений в биологически важном диапазоне (Т ≈ 320 К), полученные для синтезированных фторидных стекол, составили S = 0.0033 К–1, Sr = 1.16% К–1 для ZBLAN:Er3+ и S = 0.0025 К–1, Sr = 1.11% К–1 для HBLAN:Er3+.

Об авторах

М. Н. Бреховских

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова

Email: mbrekh@igic.ras.ru
Ленинский пр., 31, Москва, 119991 Россия

Л. В. Моисеева

Институт общей физики им. А. М. Прохорова

ул. Вавилова, 38, Москва, 119991 Россия

Л. А. Ваймугин

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова

Ленинский пр., 31, Москва, 119991 Россия

В. В. Винокурова

Институт общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова

Ленинский пр., 31, Москва, 119991 Россия

Н. Ю. Кирикова

Физический институт им. П. Н. Лебедева

Ленинский пр., 53, Москва, 119991 Россия

В. А. Кондратюк

Физический институт им. П. Н. Лебедева

Ленинский пр., 53, Москва, 119991 Россия

В. Н. Махов

Физический институт им. П. Н. Лебедева

Ленинский пр., 53, Москва, 119991 Россия

Список литературы

  1. Brites C.D.S., Balabhadra S., Carlos L.D. Lanthanide-Based Thermometers: at the Cutting-Edge of Luminescence Thermometry // Adv. Opt. Mater. 2019. V. 7. P. 1–30. https://doi.org/10.1002/adom.201801239
  2. Курпешев О.К. Пороговые тепловые дозы локальной гипертермии при термолучевой терапии опухолей // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2023. Т. 68. № 1. С. 58–71. https://doi.org/10.33266/1024-6177-2023-68-1-58-71
  3. Wade S.A., Collins S.F., Baxter G.W. Fluorescence Intensity Ratio Technique for Optical Fiber Point Temperature Sensing // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. P. 4743–4756. https://doi.org/10.1063/1.1606526
  4. Suta M., Meijerink A. A Theoretical Framework for Ratiometric Single Ion Luminescent Thermometers–Thermodynamic and Kinetic Guidelines for Optimized Performance // Adv. Theory Simul. 2020. V. 3. P. 1–32. https://doi.org/10.1002/adts.202000176
  5. Berthou H., Jörgensen C.K. Optical-Fiber Temperature Sensor Based on Upconversion-Excited Fluorescence // Opt. Lett. 1990. V. 15. P. 1100–1102. https://doi.org/10.1364/OL.15.001100
  6. Lavı́n V., Babu P., Jayasankar C.K., Martı́n I.R., Rodrı́guez V.D. On the Local Structure of Ions in Oxyfluoride Glasses. Comparison with Fluoride and Oxide Glasses // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. P. 10935–10944. https://doi.org/10.1063/1.1420731
  7. Brekhovskikh M.N., Moiseeva L.V., Batygov S. Kh., Zhidkova I.A., Fedorov V.A. Glasses on the Basis of Heavy Metal Fluorides // Inorg. Mater. 2015. V. 51. № 13. P. 1348–1361. https://doi.org/10.1134/S0020168515130026
  8. Brekhovskikh M.N., Moiseeva L.V., Batygov S. Kh., Vinokurova V.V., Vaimugin L.A., Kirikova N.Y., Kondratyuk V.A., Makhov V.N. Modified Fluorozirconate Glasses Doped with 4f- and 3d-Cations // Opt. Mater. 2025. V. 158. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116456
  9. Brekhovskikh M.N., Batygov S. Kh., Moiseeva L.V., Demina L.I., Vinokurova V.V., Vaimugin L.A. Influence of Xenon Difluoride on the Optical Properties of Fluorozirconate and Fluorohafnate Glasses // Mendeleev Commun. 2023. V. 33. P. 525–527. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.06.027
  10. Jaba N., Mansour H.B., Kanoun A., Brenier A., Champagnon B. Spectral Broadening and Luminescence Quenching of 1.53 mm Emission in Er3+-Doped Zinc Tellurite Glass // J. Lumin. 2009. V. 129. P. 270–276. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2008.10.006
  11. Kesavulu C.R., Kim H.J., Lee S.W., Kaewkhao J., Wantana N., Kothan S., Kaewjaeng S. Influence of Er3+ Ion Concentration on Optical and Photoluminescence Properties of Er3+-Doped Gadolinium-Calcium Silica Borate Gglasses // J. Alloys Compd. 2016. V. 683. P. 590–598. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.04.314
  12. Carnall W.T., Goodman G.L., Rajnak K., Rana R.S. A Systematic Analysis of the Spectra of the Lanthanides Doped into Single Crystal LaF3 // J. Chem. Phys. 1989. V. 90. P. 3443–3457. https://doi.org/10.1063/1.455853
  13. Пржевуский А.К., Никоноров Н.В. Конденсированные лазерные среды: учебно-методическое пособие. СПб.: Изд-во СПбГУ ИТМО. 2009. 147 с.
  14. Dos Santos P.V., De Araujo M.T., Gouveia-Neto A.S., Medeiros N.J.A., Sombra A.S.B. Optical Temperature Sensing Using Upconversion Fluorescence Emission in Er3+/Yb3+ Co-Doped Chalcogenide Glass // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73. P. 578–580. https://doi.org/10.1063/1.121861
  15. Xu W., Zhang Z.G., Cao W.W. Excellent Optical Thermometry Based on Short-wavelength Upconversion Emissions in Er3+/Yb3+ Co-doped CaWO4 // Opt. Lett. 2012. V. 37. P. 4865–4867. https://doi.org/10.1364/OL.37.004865
  16. Zhou S., Deng K., Wei X., Jiang G., Duan C., Chen Y., Yin M. Upconversion Luminescence of NaYF4: Yb3+, Er3+ for Temperature Sensing // Opt. Commun. 2013. V. 291. P. 138–142. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2012.11.005
  17. Jiang S., Zeng P., Liao L., Tian S., Guo H., Chen Y., Duan C., Yin M. Optical Thermometry Based on Upconverted Luminescence in Transparent Glass Ceramics Containing NaYF4: Yb3+/Er3+ Nanocrystals // J. Alloys Compd. 2014. V. 617. P. 538–541. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.08.080
  18. Xiang G., Xia Q., Liua X., Wang X. Optical Thermometry Based on the Thermally Coupled Energy Levels of Er3+ in Upconversion Materials // Dalton Trans. 2020. V. 49. P. 17115–17120. https://doi.org/10.1039/d0dt03100c
  19. Ćirić A., Gavrilović T., Dramićanin M.D. Luminescence Intensity Ratio Thermometry with Er3+: Performance Overview // Crystals. 2021. V. 11. № 2. P. 1–19. https://doi.org/10.3390/cryst11020189
  20. Липина O.А., Сурат Л.Л., Меленцова А.А., Бакланова Я.В., Чуфаров А.Ю., Тютюнник А.П., Зубков В.Г. BaYb2–xErxGe3O10 и BaY2–10yYb9yEryGe3O10: люминесцентные свойства, перспективы использования для бесконтактного определения температуры // ФТТ. 2021. T. 63. № 7. C. 944–949. https://doi.org/10.21883/FTT.2021.07.51046.050
  21. Липина О.А., Спиридонова Т.С., Бакланова Я.В., Хайкина Е.Г. Na5Rb7Sc2(WO4)9: Yb3+, Er3+: люминесцентные свойства и перспективы использования для бесконтактной термометрии // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 5. C. 603–612. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601973
  22. Xie J., Cao Q., Su T., Zhong Y., Wang W., Pan Y., Wei X., Li Y. Optical Thermometry Based on Up-Conversion Luminescence of Self-Crystallized Glass-Ceramics Containing GdOF: Yb3+, Er3+ Nanocrystals // Appl. Phys. A. 2024. V. 130. P. 1–9. https://doi.org/10.1007/s00339-024-08128-9

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025