摘要：溫度是貫穿日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科研等領(lǐng)域的重要物理參數(shù)之一。因此，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的溫度測(cè)量至關(guān)重要。目前，非接觸式溫度傳感測(cè)量引起了科研工作者廣泛的關(guān)注，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的光溫傳感研究已成為其中的一個(gè)熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)綜述了上轉(zhuǎn)換材料的光學(xué)測(cè)溫機(jī)理、稀土上轉(zhuǎn)換熒光粉和上轉(zhuǎn)換微晶玻璃在光溫傳感領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展以及依托于光溫傳感的其他功能化應(yīng)用。最后，基于稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在光溫傳感領(lǐng)域的研究成果和尚且存在的問題，對(duì)上轉(zhuǎn)換材料在光溫傳感方向的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的展望。

　　關(guān)鍵詞：上轉(zhuǎn)換;光溫傳感;熒光強(qiáng)度比;發(fā)光材料

　　溫度是熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理中最基本的參數(shù)之一，它不僅時(shí)刻影響著我們的日常生活，而且與科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)有著重要的聯(lián)系。隨著航空航天、生物醫(yī)學(xué)和能源等領(lǐng)域的快速發(fā)展，人們對(duì)溫度精準(zhǔn)測(cè)量的需求越來越緊迫。因此，新的溫度測(cè)量技術(shù)和高靈敏度溫度傳感材料的開發(fā)，成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。

　　在眾多的測(cè)溫材料和測(cè)溫方式中，基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料光溫傳感特性的非接觸式光學(xué)測(cè)溫顯示出了獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。首先，微納米尺寸的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料用于溫度測(cè)量具有較高的空間分辨率。其次，光學(xué)溫度傳感屬于非接觸式測(cè)溫，不僅非常適合在惡劣的環(huán)境中使用，而且具有響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。

　　本文結(jié)合上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的熒光強(qiáng)度比測(cè)溫機(jī)理、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的光子調(diào)控技術(shù)以及微晶玻璃的可控析晶，重點(diǎn)綜述了近年來稀土上轉(zhuǎn)換熒光粉和上轉(zhuǎn)換微晶玻璃在溫度傳感方面的研究進(jìn)展和成果，并介紹了依托于光溫傳感特性的其他功能化應(yīng)用。最后，總結(jié)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料光溫傳感領(lǐng)域尚存在的一些值得研究的問題，并對(duì)未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

　　1基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料熒光強(qiáng)度比的測(cè)溫方法

　　在一定的溫度范圍內(nèi)，上轉(zhuǎn)換材料的某些熒光特性會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生改變。首先，建立溫度與熒光特性之間的關(guān)系，然后通過測(cè)量熒光特性即可標(biāo)定出待測(cè)樣品或環(huán)境的溫度，這也是稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料實(shí)現(xiàn)光溫傳感的基本原理。常見的熒光特性有發(fā)光顏色、熒光強(qiáng)度、熒光強(qiáng)度比以及熒光衰減壽命等。

　　其中，熒光強(qiáng)度比測(cè)溫技術(shù)是最受科研人員關(guān)注的光學(xué)測(cè)溫技術(shù)之一，它受除溫度外其他外界因素影響較小，幾乎不受環(huán)境和激發(fā)光源的干擾，測(cè)量誤差較小。相對(duì)其他測(cè)溫技術(shù)來說，熒光強(qiáng)度比測(cè)溫方法的靈敏度較高。基于熒光強(qiáng)度比(FIR)的測(cè)溫技術(shù)是通過測(cè)量上轉(zhuǎn)換材料發(fā)射光譜中個(gè)發(fā)射峰的熒光強(qiáng)度，并利用個(gè)發(fā)射峰的熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系進(jìn)行溫度標(biāo)定。1990年，H.Berthou[1]等首次利用熒光強(qiáng)度比的測(cè)溫方法，在293~473K溫度范圍內(nèi)，將Er3+/Yb3+共摻的氟化物上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料應(yīng)用于溫度傳感。

　　從發(fā)光中心的衡量標(biāo)準(zhǔn)來劃分，熒光強(qiáng)度比測(cè)溫方式主要有種：一是單一發(fā)光中心發(fā)射光譜的熒光強(qiáng)度比。當(dāng)溫度發(fā)生改變時(shí)，由于溫度猝滅或者能量傳遞速率等因素的影響，發(fā)光中心離子的不同能級(jí)上的粒子數(shù)布局重新分布，從而使發(fā)射強(qiáng)度隨之改變。利用個(gè)能級(jí)的熒光強(qiáng)度比即可進(jìn)行溫度標(biāo)定;二是不同發(fā)光中心的發(fā)射光譜的熒光強(qiáng)度比。

　　當(dāng)溫度發(fā)生改變時(shí)，不同發(fā)光中心離子對(duì)溫度的響應(yīng)并不完全一致，就導(dǎo)致不同溫度下，其熒光強(qiáng)度比發(fā)生改變。從能級(jí)的衡量標(biāo)準(zhǔn)來劃分，熒光強(qiáng)度比測(cè)溫技術(shù)主要分為基于熱耦合能級(jí)的熒光強(qiáng)度比測(cè)溫技術(shù)和基于非熱耦合能級(jí)的熒光強(qiáng)度比測(cè)溫技術(shù)。在近年稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的光溫傳感研究中，基于稀土離子熱耦合能級(jí)的熒光強(qiáng)度比的測(cè)溫報(bào)道是最多的。對(duì)于稀土離子來說，當(dāng)個(gè)能級(jí)的能級(jí)差大小在200~2000cm–范圍內(nèi)時(shí)，這個(gè)能級(jí)上的粒子數(shù)容易在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到熱平衡狀態(tài)，該對(duì)處于熱平衡的能級(jí)即為熱耦合能級(jí)(TCL)。

　　2稀土上轉(zhuǎn)換熒光粉的光溫傳感的研究進(jìn)展

　　2.1光子調(diào)控技術(shù)

　　自從20世紀(jì)60年代上轉(zhuǎn)換發(fā)光被首次報(bào)道以來，稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料因其優(yōu)異的光學(xué)性能受到了廣泛的關(guān)注。與其他發(fā)光材料不同，稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換材料具有信噪比高、對(duì)生物滲透性深、壽命長等特點(diǎn)，在溫度傳感器、固體激光器、彩色顯示器以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的研究重點(diǎn)在于如何提高其發(fā)光性能，并使其更好的走向?qū)嶋H應(yīng)用。因此，開拓多種光子調(diào)控方法和技術(shù)，對(duì)于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的功能化和器件化具有重要的科學(xué)意義和技術(shù)意義。目前，實(shí)現(xiàn)光子調(diào)控的主要方法有：調(diào)控基質(zhì)和摻雜離子的種類和濃度、調(diào)控激發(fā)波長和激發(fā)功率以及調(diào)控溫度場(chǎng)等。

　　2.1.1基質(zhì)和摻雜離子的種類和濃度相關(guān)研究

　　表明稀土離子的發(fā)光效率在不同基質(zhì)中差距十分巨大，由此可見基質(zhì)材料的選擇對(duì)于上轉(zhuǎn)換發(fā)光尤為重要。另外，通過在基質(zhì)中摻雜不同種類的稀土離子，可以進(jìn)一步調(diào)控發(fā)光并獲得預(yù)期的發(fā)射。因此，選擇合適的基質(zhì)與摻雜稀土離子組合，將基質(zhì)原有的能級(jí)與稀土元素的特有能級(jí)進(jìn)行合理的搭建，構(gòu)建具有光學(xué)帶隙和光子晶格的光子晶體，實(shí)現(xiàn)吸收中紅外波段并轉(zhuǎn)換成可見光或近紅外波段的發(fā)光調(diào)控，這樣就有可能創(chuàng)制出一系列新型光控器件，而且不受電磁場(chǎng)影響[2–3]。

　　從構(gòu)建微納結(jié)構(gòu)光子晶體的概念出發(fā)，Nie等[4]通過第一性原理計(jì)算研究了不同氟化物基質(zhì)材料對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的影響，并對(duì)比了種基質(zhì)βNaYF，βNaGdF和βNaLuF的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)βNaGdF是三者中最為優(yōu)良的上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料。在基質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，F(xiàn)an等[5]進(jìn)一步構(gòu)建了種βNaGdF摻雜體系的光子晶體，模擬計(jì)算了不同摻雜體系的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)，分析對(duì)比了種摻雜體系之間各項(xiàng)性質(zhì)的差異，從理論模擬角度確定了最合適的摻雜體系為βNaGdF:Er3+/Yb3+。控制摻雜離子的濃度也是一種較易實(shí)現(xiàn)的調(diào)控手段。

　　由于稀土離子的摻雜濃度一定程度上決定了摻雜離子之間的距離，這可能會(huì)在一定程度上影響其能量傳遞過程，進(jìn)而影響發(fā)光，因此不同的稀土離子濃度最終會(huì)影響材料各發(fā)光峰的發(fā)光強(qiáng)度。Wang[6]通過合成Yb3+/Er3+共摻雜NaYF納米顆粒，研究了不同Yb3+濃度對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的調(diào)控作用。使用980nm激光器照射時(shí)，當(dāng)Yb3+的摻雜濃度超過一定量時(shí)，隨著繼續(xù)提高Yb3+的摻雜濃度，會(huì)導(dǎo)致Er3+進(jìn)一步將能量反向傳遞給Yb3+，從而使得紅光的強(qiáng)度增強(qiáng)，而藍(lán)光和綠光的發(fā)射強(qiáng)度降低，這樣就實(shí)現(xiàn)了發(fā)光顏色的調(diào)控。此外，還可以通過微調(diào)發(fā)光中心Er3+的摻雜濃度來實(shí)現(xiàn)發(fā)光調(diào)控。

　　2.1.2激發(fā)波長和激發(fā)功率

　　在不同波長的激發(fā)源激發(fā)下，同一個(gè)稀土摻雜體系的發(fā)光性能也存在一定的差異。因此，可以通過調(diào)控激發(fā)源的方式來實(shí)現(xiàn)調(diào)控發(fā)光的目的。例如，Yb3+/Er3+離子摻雜體系在不同的激發(fā)波長下都可以觀察到上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，但是相互之間存在著一定的差異，這主要和上轉(zhuǎn)換機(jī)理聯(lián)系密切。目前，大部分針對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性及其應(yīng)用的研究是基于單波長激發(fā)開展的。與單激光激發(fā)相比，多波長激發(fā)在上轉(zhuǎn)換發(fā)光方面具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率并捕捉到新的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象等[7–12]。

　　Chen等[12]采用同軸光學(xué)方向的光學(xué)設(shè)置實(shí)現(xiàn)了980nm和805nm雙波長共同激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Pr3+摻雜體系的高效激發(fā)，并發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象。Ying等[13]采用980nm和550nm雙波長激發(fā)的策略設(shè)計(jì)了一系列的高容量防偽光子條碼，該策略主要依托于BaZn21Er3+Yb3+在雙波長激發(fā)下寬范圍的多色發(fā)光的特性。基于雙波長的協(xié)同激發(fā)效應(yīng)，Nie等[14–15]提出了一種將雙波長應(yīng)用于上轉(zhuǎn)換光子邏輯門的新穎思路，開發(fā)了多個(gè)基本邏輯運(yùn)算以及兩輸入兩輸出和兩輸入三輸出的邏輯運(yùn)算組態(tài)。

　　該雙波長激發(fā)策略為未來新型上轉(zhuǎn)換材料的器件化應(yīng)用提供了嶄新的思路。調(diào)整激發(fā)光功率也是一種有效的調(diào)控上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的策略。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在一定的功率調(diào)控作用下，由于帶隙和光子網(wǎng)格存在而產(chǎn)生的躍遷機(jī)制，引起了光子晶格的改變，這種效應(yīng)也稱之為功率調(diào)制效應(yīng)[2–3]。

　　hen等[16]研究了在980nm波長激發(fā)下，激發(fā)功率對(duì)NaYbF:Yb3+/Ho3+納米顆粒的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的調(diào)控作用。隨著激光功率密度從1.25W/cm提高到46.25W/cm，紅綠比從0.37提高到5.19，對(duì)應(yīng)的發(fā)光顏色也出現(xiàn)了從綠色到黃色最后到紅色的變化。通過微調(diào)激發(fā)功率的方式就可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光顏色的調(diào)控。Nie等[17]利用Pr3+摻雜材料獨(dú)特的多光子特性，通過操縱激發(fā)功率密度的方式實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光的寬范圍顏色調(diào)控。

　　Meng等[18]設(shè)計(jì)了一種核殼結(jié)構(gòu)的NaYbF:Er3+@NaYbF上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，在0.8~12.9W/cm的低激發(fā)功率密度下，通過不同的發(fā)光機(jī)制改變發(fā)射峰的相對(duì)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光多色調(diào)控。基于其低功率密度范圍內(nèi)的功率密度敏感特性，把該材料集成到商用近紅外芯片中，通過調(diào)節(jié)外置電流設(shè)計(jì)了一系列的NIRLED。這些研究不僅提高了精確控制上轉(zhuǎn)換體系顏色輸出力，并且為上轉(zhuǎn)換材料在光溫傳感、安全印刷、LED和光子邏輯門領(lǐng)域的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

　　2.1.3溫度

　　溫度作為一種重要的調(diào)節(jié)手段，不僅在調(diào)控上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而且有利于深入探索稀土離子中各能級(jí)的發(fā)射機(jī)理以及能級(jí)之間的能量轉(zhuǎn)移過程。稀土離子的激發(fā)態(tài)能級(jí)在特定的激發(fā)波長下可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈的發(fā)射，其獨(dú)特的熱或非熱耦合能級(jí)的溫度敏感性提供了操縱電子躍遷的可能性。熱致上轉(zhuǎn)換發(fā)射調(diào)控一般發(fā)生在兩個(gè)熱耦合能級(jí)之間，能隙較小(200~2000cm–，難以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的溫度傳感和大范圍的顏色調(diào)控。非熱耦合能級(jí)源自于個(gè)對(duì)溫度具有不同的依賴行為的激發(fā)態(tài)，由于其不受能隙的限制，可以通過非輻射弛豫過程控制相應(yīng)能級(jí)的發(fā)光強(qiáng)度，進(jìn)而引起發(fā)光顏色的顯著變化。

　　近年來，多個(gè)課題組和科研團(tuán)隊(duì)[19–23]深入研究了Er3+或Ho3+摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光粉在不同溫度下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，并且對(duì)Er3+和Ho3+的熱或非熱耦合能級(jí)的溫度調(diào)控機(jī)理提出了新的見解。其中，uktutic等[19]研究了Yb3+Er3+共摻的NaGdF熒光粉在110~290K和~140K范圍內(nèi)的變溫光譜;Nie等[21]研究了NaYF:2%Er3+熒光粉在150~350K范圍內(nèi)的變溫光譜。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都在Er3+的變溫上轉(zhuǎn)換光譜中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象，即隨著溫度的降低，對(duì)應(yīng)于3/2→15/2的G2(green2)綠光發(fā)光強(qiáng)度逐漸升高，而對(duì)應(yīng)于11/2→15/2躍遷的G1(green1)綠光發(fā)光強(qiáng)度逐漸降低。

　　當(dāng)溫度低于150K時(shí)，G1綠光發(fā)光強(qiáng)度非常弱，幾乎檢測(cè)不到發(fā)射信號(hào)圖。這個(gè)有趣的現(xiàn)象給了Nie等新的啟發(fā)，他們對(duì)于11/2能級(jí)的躍遷機(jī)制提出了一種新穎的解釋。位于Er3+基態(tài)能級(jí)的電子連續(xù)吸收550nm或者980nm的光子并到達(dá)3/2能級(jí)后，然后繼續(xù)通過熱化過程到達(dá)11/2能級(jí)。

　　在低溫環(huán)境下，3/2能級(jí)的電子受到抑制，無法借助聲子能量向上躍遷，所以幾乎觀測(cè)不到G1綠光發(fā)射。隨著溫度的升高，熱化過程隨之增強(qiáng)，從3/2能級(jí)到達(dá)11/2能級(jí)的電子增多，所以G1綠光發(fā)光強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)。另外，3/2能級(jí)的非輻射損失和從3/2能級(jí)到9/2能級(jí)的非輻射馳豫過程也隨著溫度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，這些過程促使位于G2處的綠光發(fā)光強(qiáng)度隨著溫度的增強(qiáng)而降低。

　　Ho3+摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光粉在不同溫度下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性研究中，研究人員也發(fā)現(xiàn)了相似的現(xiàn)象。隨著溫度的升高，對(duì)應(yīng)與Ho3+的→躍遷過程的綠光發(fā)射強(qiáng)度顯著降低，然而對(duì)應(yīng)于Ho3+的→紅光發(fā)射強(qiáng)度緩慢升高并逐漸趨于保持不變。隨著溫度升高，熒光粉的顏色輸出也逐漸從綠色到黃色過渡。這種顯著的熱致變色發(fā)光是溫度對(duì)Ho3+的和非熱耦合能級(jí)的調(diào)控機(jī)制不同引起的。

　　2.2上轉(zhuǎn)換熒光粉的低溫傳感研究進(jìn)展

　　低溫學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，可以引起物質(zhì)性質(zhì)的有趣變化，在航空航天、生物工程、紅外探測(cè)和能源技術(shù)中發(fā)揮重要作用。低溫可以減少熱噪聲，獲得可靠的信號(hào)，降低反應(yīng)速率，捕捉化學(xué)研究中反應(yīng)過程的細(xì)節(jié)，可用于空間探索設(shè)備的模擬要求。另外，超導(dǎo)磁懸浮、深冷技術(shù)和綜合物性測(cè)量系統(tǒng)PPMS等領(lǐng)域的研究均需要低溫環(huán)境，并且對(duì)溫度的精確控制要求極高。傳統(tǒng)的溫度傳感器一般需要物理接觸和熱傳遞，由于空間分辨率、靈敏度和檢測(cè)精度的限制，在很多情況下都不適合。近年來，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在非接觸式低溫傳感領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，顯示出高靈敏度、響應(yīng)快速、檢測(cè)方便等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　它不僅能減小測(cè)量條件的影響，而且提高了靈敏度和信號(hào)的可分辨性，是低溫傳感的首選器件。近10年內(nèi)，基于熒光強(qiáng)度比技術(shù)的稀土上轉(zhuǎn)換材料的低溫傳感靈敏度的典型研究結(jié)果如表所示。2015年，Du等[24]研究了基于上轉(zhuǎn)換發(fā)射的Ba0.77Ca0.23Ti0.975Ho0.005Yb0.03鐵電陶瓷的光學(xué)溫度傳感性能。結(jié)果表明，該光學(xué)溫度傳感器可在93~300K的溫度范圍內(nèi)工作，在93K時(shí)的最大靈敏度約為0.0053K–。

　　2017年，Chai等[25]采用固相反應(yīng)法合成了一系列的Ho3+/Yb3+共摻雜ZnWO熒光粉并研究了其在83~503K范圍內(nèi)的光溫傳感性能。研究結(jié)果表明，Ho3+和Yb3+在ZnWO中的最佳摻雜濃度分別為1%和15%。另外，基于對(duì)近紅外綠光發(fā)射757540以及紅光綠光發(fā)射641665540549的組熒光強(qiáng)度比隨溫度變化的對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)ZnWO:0.01Ho3+/0.15Yb3+熒光粉在83時(shí)絕對(duì)靈敏度達(dá)到最大值0.0064K–。

　　3上轉(zhuǎn)換微晶玻璃的光溫傳感的研究進(jìn)展

　　3.1上轉(zhuǎn)換微晶玻璃的可控析晶

　　微晶玻璃是一種微晶相顆粒均勻分布于玻璃相基體中的多相復(fù)合材料，它是一種類似于陶瓷的玻璃材料，因此又稱為玻璃陶瓷[33–34]。1952年，康寧公司的Stookey[35]無意中將一塊光敏玻璃樣品進(jìn)行了長時(shí)間的高溫加熱，發(fā)現(xiàn)玻璃中析出了微晶，由此得到了第一塊微晶玻璃。隨著微晶玻璃的發(fā)展，稀土摻雜上轉(zhuǎn)換微晶玻璃作為一類新型的微晶玻璃材料逐漸走入了人們的視野，它不僅擁有玻璃的高物化穩(wěn)定性和優(yōu)異的可加工性，又兼具了稀土晶體材料特殊的光功能性，在固體激光器、光通信和三維顯示等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

　　稀土摻雜上轉(zhuǎn)換微晶玻璃的主要制備方法是高溫熔融淬火整體析晶法。首先，采用熔融淬火法制備具有適當(dāng)化學(xué)成分的前驅(qū)體玻璃PG)，然后采用差熱分析確定適當(dāng)溫度，在該溫度下對(duì)前驅(qū)體玻璃進(jìn)行一定時(shí)間的熱處理，最終得到所需的稀土上轉(zhuǎn)換微晶玻璃GC。其中，析晶過程是上轉(zhuǎn)換微晶玻璃形成最為關(guān)鍵的一環(huán)，決定了其光學(xué)和力學(xué)性能。因此，近年來科研工作者對(duì)多種體系上轉(zhuǎn)換微晶玻璃的晶化行為進(jìn)行了深入研究，以實(shí)現(xiàn)可控析晶的目的。

　　3.2上轉(zhuǎn)換微晶玻璃的光溫傳感研究進(jìn)展

　　由于稀土上轉(zhuǎn)換微晶玻璃具有較高的軟化溫度，能夠保證較寬的測(cè)溫范圍，并且其上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度高，因此稀土摻雜上轉(zhuǎn)換微晶玻璃在光溫傳感領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與用于溫度傳感的上轉(zhuǎn)換熒光粉相比，上轉(zhuǎn)換微晶玻璃具有制備成本低、形狀多變、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，這歸因于無機(jī)玻璃基體對(duì)稀土晶體的有效保護(hù)，以及通過控制玻璃成分和結(jié)晶條件對(duì)稀土晶體的多相結(jié)構(gòu)的保護(hù)。目前，稀土離子摻雜的氟氧化物微晶玻璃是最有前途的光學(xué)測(cè)溫介質(zhì)之一，其中，研究最多的是Er3+摻雜的氟氧化物微晶玻璃，主要利用Er3+的11/2和3/2熱耦合發(fā)射能級(jí)的熒光強(qiáng)度比進(jìn)行光溫感測(cè)。

　　4其他功能化應(yīng)用

　　稀土上轉(zhuǎn)換材料優(yōu)異的光溫傳感特性和較高的溫度靈敏度，不僅可以廣泛的應(yīng)用于非接觸式溫度傳感領(lǐng)域，而且也為實(shí)現(xiàn)其他功能應(yīng)用提供了可能性，例如腫瘤治療和防偽加密。2016年，LiFuyou課題組[61]研究了一種光熱材料與溫敏上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料相結(jié)合的復(fù)合納米探針，利用該探針可以監(jiān)控光熱治療中材料的微觀溫度變化，通過微觀溫度的反饋，有效控制光熱效應(yīng)的殺傷范圍，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞大小量級(jí)分辨率的精確治療。該項(xiàng)研究提出并驗(yàn)證了一種結(jié)合光熱材料進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微觀溫度的光熱治療方案。

　　此方案不僅降低了治療溫度，并且顯著提高了定位腫瘤的空間分辨率，率先將微觀溫度監(jiān)控的概念運(yùn)用在活體腫瘤治療上，有望改變傳統(tǒng)意義上對(duì)腫瘤光熱治療的理解和操作方式。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在溫度調(diào)控下通常表現(xiàn)出獨(dú)特的熱致變色的現(xiàn)象，這種多色調(diào)控的特性也為設(shè)計(jì)面向高級(jí)防偽應(yīng)用的智能設(shè)備提供了機(jī)會(huì)。2021年，Nie等利用Er3+離子摻雜的NaYF和Ho3+摻雜的KLa(MoO上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在低溫區(qū)顯著的熱致變色上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性以及兩種材料對(duì)低溫的高靈敏度，設(shè)計(jì)了一種雙模式防偽策略[21–23]。這些研究也為高靈敏度光溫傳感材料的多功能性開發(fā)提供了很多啟發(fā)。

　　5結(jié)論與展望

　　經(jīng)過科研人員多年的不懈努力，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在光溫傳感研究方面取得了巨大進(jìn)步，該類材料在不同溫度區(qū)間以及不同環(huán)境的應(yīng)用性研究得到了快速的拓展。在過去幾十年的研究中，積累了重要的基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)知識(shí)，光學(xué)測(cè)溫在新型溫度傳感器的發(fā)展中展示出了令人鼓舞的前景。

　　然而，我們也發(fā)現(xiàn)目前基于熒光強(qiáng)度比的溫度傳感研究集中于前期基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段，主要是上轉(zhuǎn)換材料的合成、設(shè)計(jì)以及發(fā)光的溫度依賴性研究，將上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料應(yīng)用于實(shí)體溫度傳感器相關(guān)的研究仍然處于初步階段。因此，如何將前期基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)化為實(shí)體的光溫傳感器件，并進(jìn)一步提高其靈敏度仍然是未來的挑戰(zhàn)之一，也是今后光溫傳感領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。

　　另外，不難發(fā)現(xiàn)，目前大部分的文獻(xiàn)都是基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光來研究溫度依賴性，較少關(guān)于溫度探測(cè)的文章中既有上轉(zhuǎn)換發(fā)光又有下轉(zhuǎn)換發(fā)光。因此，利用好雙模式發(fā)光材料，未來可能在溫度探測(cè)方向有新的發(fā)現(xiàn)。目前，基于熒光強(qiáng)度比的測(cè)溫技術(shù)仍然是主流的研究方向，將熒光強(qiáng)度比和熒光壽命等多重測(cè)溫技術(shù)相結(jié)合的光溫傳感研究正在逐漸出現(xiàn)。多重測(cè)溫技術(shù)的結(jié)合有利于提高光學(xué)測(cè)溫的準(zhǔn)確性，因此在未來可向著該領(lǐng)域繼續(xù)深入發(fā)掘與探索。雙波長或多波長激發(fā)下的光溫度傳感研究相對(duì)較少，因此在控制雙波長激發(fā)源功耗的前提下，繼續(xù)挖掘新的光溫現(xiàn)象，提高溫度傳感靈敏度并擴(kuò)大測(cè)溫范圍，也不失為一個(gè)嶄新的思路。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者：范學(xué)美，英偉濤，賀靖怡，許世清，劉世民