近年來，發(fā)光溫度計因其獨特的優(yōu)勢而受到廣泛關注，包括快速響應、遠程測量以及在受電磁干擾和強腐蝕影響的惡劣或極端環(huán)境中的可靠性能[1], [2], [3], [4], [5], [6]。這些獨特特性緩解了傳統(tǒng)接觸式傳感方法的固有局限性，促進了精確可靠的遠程熱映射，并突顯了它們在多個學科中的廣泛應用潛力[2], [7]。在發(fā)光溫度計中用于確定溫度的各種策略中，基于發(fā)光強度比（LIR）和發(fā)光動力學的策略由于具有高可靠性而被最廣泛使用[2], [7]。盡管這種策略非常有前景，但在某些條件下比率測量方法的應用受到限制。特別是當熒光體位于強光吸收或散射介質(zhì)中時，色散會嚴重扭曲發(fā)射光譜，從而影響溫度讀出的準確性[7]。為了解決這一限制，應考慮使用發(fā)射帶之間光譜分離較小的比率溫度計，或者采用基于動力學的方法。

設計具有緊密間隔發(fā)射帶的比率溫度計通常依賴于熱耦合能級或激發(fā)態(tài)的Stark組分[8], [9], [10]。這類溫度計的相對靈敏度與這些能級之間的能量間隙成正比，該能量間隙必須保持在2000 cm^-1以下以保持高效的熱耦合。因此，這些溫度計的相對靈敏度通常不超過2% K^{-1LIR時，由于能量分離通常約為100 cm-1}

其中，基于熱誘導相變的發(fā)光溫度計由于其優(yōu)越的溫度測量性能而引起了廣泛興趣[14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]。結構相變改變了摻雜離子占據(jù)的晶體位點的對稱性，改變了Stark組分的數(shù)量和能量，從而重塑了發(fā)射光譜。對應于熒光體低溫相和高溫相的發(fā)射線的相反熱行為使得能夠開發(fā)出具有極高相對靈敏度的比率發(fā)光溫度計，靈敏度可達到35.2% K^-1 [24]。

另一方面，基于壽命的發(fā)光溫度計由于其不受周圍介質(zhì)消光系數(shù)變化的影響而具有吸引力[2], [7]。雖然這種方法顯示出強大的潛力，但其相對靈敏度通常低于比率測量技術。因此，提高基于壽命的溫度計的性能需要利用其他熱依賴的能量轉移機制。最近的研究表明，聲子輔助的能量轉移為提高靈敏度提供了有希望的途徑[26], [27], [28], [29], [30]；然而，熱誘導的結構相變與聲子輔助的能量轉移之間的相互作用仍大部分未被探索。

為了全面考慮這些因素，本研究調(diào)查了LiYO₂:Nd³⁺,Yb³⁺熒光體的光譜特性隨溫度的變化，評估了它們在比率測量和基于壽命的發(fā)光溫度測量中的潛力。盡管之前已經(jīng)研究了LiYO₂中的結構相變及其對摻雜了各種鑭系離子的材料的光譜特性的影響，但大多數(shù)研究集中在單一摻雜系統(tǒng)上[14], [15], [24], [31], [32], [33]。相比之下，本研究探討了一種同時摻雜Nd³⁺和Yb³⁺離子的系統(tǒng)，這使得兩種鑭系中心之間的熱激活、聲子輔助的能量轉移成為可能。正如先前的研究所證明的，在同時摻雜Nd³⁺和Yb³⁺離子的系統(tǒng)中，溫度變化可以激活雙向的聲子輔助能量轉移過程，即Nd³⁺ → Yb³⁺和Yb³⁺ → Nd³⁺ [34], [35], [36]。根據(jù)Miyakawa-Dexter理論，這種聲子輔助的能量轉移的概率不僅取決于溫度，還取決于宿主晶格的聲子特性[37]。因此，通過修改宿主材料的組成可以有效地調(diào)節(jié)這些過程的效率。在LiYO₂中的這種共摻雜策略創(chuàng)造了一個獨特的場景，其中一級結構相變與溫度依賴的聲子輔助能量轉移過程共存。據(jù)我們所知，這種相互作用在LiYO₂宿主晶格中尚未被系統(tǒng)地研究過。闡明這兩種機制——結構轉變或能量轉移——中哪一種主導了LiYO₂:Nd³⁺,Yb³⁺的光譜特性的熱演化是非常重要的。這樣的研究從基礎角度提供了寶貴的見解，加深了我們對耦合結構和電子過程的理解，并從實際角度指導了多功能發(fā)光材料的合理設計。還詳細研究了Nd³⁺離子濃度對溫度測量性能的影響。此外，應用了兩種不同的策略來分析Yb³⁺離子的發(fā)光動力學：時間分辨的發(fā)光衰減曲線分析和時間門控檢測方法。

LiYO₂長期以來因其能夠根據(jù)外部條件采用不同的晶體結構而受到關注。在室溫下，它可以以單斜（P2_{1/c空間群）或四方（I41/amd空間群）形式存在（圖1a），并且穩(wěn)定相受到晶粒大小或摻雜離子及其濃度等因素的強烈影響[31], [38], [39], [40], [41]。溫度變化可以進一步改變其結構排列。}

在這項工作中，研究了LiYO₂與Nd³⁺和Yb³⁺離子共摻雜的光譜特性隨溫度的變化，以開發(fā)基于比率測量和基于壽命的讀出策略的發(fā)光溫度計。在所研究的系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了一個從單斜相到四方相的熱誘導結構相變。研究發(fā)現(xiàn)，增加Nd³⁺離子的濃度可以提高相變溫度，而不會顯著影響

Maja Szymczak：撰寫——原始草稿、方法論、研究、正式分析、概念化。Muhammad Abbas：撰寫——原始草稿、方法論、研究。Lukasz Marciniak：撰寫——原始草稿、可視化、監(jiān)督、正式分析、概念化。Guanying Chen：撰寫——原始草稿、研究。Marek Drozd：研究。Damian Szymanski：研究

? 作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能影響本文報告的工作。

這項工作得到了波蘭國家科學中心（NCN）在項目編號DEC-UMO-2022/45/B/ST5/01629下的支持。