【摘 要】
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温度是重要的热力学参数,在工业生产、科学研究、基础设施建设以及生物医学方面都是必不可少的监测参数。稀土发光的荧光强度比（Fluorescence Intensity Ratio,简称FIR）型温度传感器以其测温灵敏度高、空间分辨率高的优势成为温度传感领域的研究热点。FIR温度传感技术具有非接触式温度测量的特点,可以实现对等离子体、细胞/生物组织内的高精度、高灵敏单点温度测量及成像,因此开展FIR测
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温度是重要的热力学参数,在工业生产、科学研究、基础设施建设以及生物医学方面都是必不可少的监测参数。稀土发光的荧光强度比（Fluorescence Intensity Ratio,简称FIR）型温度传感器以其测温灵敏度高、空间分辨率高的优势成为温度传感领域的研究热点。FIR温度传感技术具有非接触式温度测量的特点,可以实现对等离子体、细胞/生物组织内的高精度、高灵敏单点温度测量及成像,因此开展FIR测温方法的灵敏度提升研究对高性能非接触式温度传感技术的发展具有十分重要的意义。然而,基于热耦合机制的FIR测温方法的相对灵敏度（Sr）随温度的升高急剧下降,在高温温度区间难以保持稳定且高的Sr值,而且提升Sr往往导致温度不确定度（ΔT）增大。为解决如上问题,本文主要基于Eu3+发光材料探究FIR测温新机制,发展具有高Sr和低ΔT的新FIR测温方法,拓宽有效测温范围,实现高性能FIR测温技术。本文通过基态与激发态双波长激发光吸收,设计双吸收–单通道荧光信号FIR测温方法。通过监测CaWO4:Tb3+的5D4→7F5跃迁发射的单波长荧光强度以及CaWO4:Eu3+的5D0能级跃迁发射的宽带荧光强度,结合变温激发光谱的方法,分析单波长荧光峰和宽带荧光的FIR温度特性规律,研究基态与第一激发态的能级布局性质。将CaWO4:Tb3+和CaWO4:Eu3+的Sr性能与单激发–双荧光探测的FIR测温方法进行比较,研究热耦合关系对高Sr(2.8%K-1)的贡献机制,讨论单通道荧光信号探测的优势。研究CaWO4:Eu3+的5D0能级到7F2的Stark劈裂子能级跃迁发射性质,讨论611.5 nm和614.5 nm两个荧光谱带重叠形成的谷强度的温度敏感起源,发展基于谱线增宽原理的谷峰值比（Valley-to-Peak Ratio,简称VPR）测温方法。通过变温荧光光谱的方法,研究谷值与荧光峰值比的温度特性,分析VPR测温方法的荧光探测信噪比特点和对提升高温区间Sr的突出作用,进而指导ΔT改善。研究基于GdVO4:Eu3+/Al2O3:Cr3+材料的双发光中心FIR测温方法。通过变温荧光光谱方法,分析混合材料中Eu3+和Cr3+发光中心之间的非热耦合关联效应,表征混合材料的FIR和Sr温度特性曲线。建立双发光中心测温方法的物理模型,阐述混合材料的Sr与构成混合材料的两种材料单色灵敏度κ之间的物理规律。表明GdVO4:Eu3+/Al2O3:Cr3+混合材料内部非热耦合机制对高温Sr(633 K,1.4%K-1)的增益作用。研究激发波长调制Sr的测温方法。通过GdVO4:Eu3+和CaWO4:Eu3+的变温激发光谱,研究Eu3+的单色灵敏度的影响因素,以及GdVO4电荷迁移带的红移与展宽在波长调制Sr中的关键作用。表征GdVO4:Eu3+/Al2O3:Cr3+混合材料在303–753 K温度范围内Sr的温度特性与混合材料FIR测温方法的ΔT,讨论波长调制灵敏度FIR测温方法优势,提出基于混合材料的FIR测温方法中Sr的优化方法,指导了303–753 K温度范围内高Sr(2.4%K-1)的近恒定值突破。
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