01
研究背景
近年来，由于在航空航天、地质和海洋等领域的不断探索，能够在极端条件下工作的传感器变得不可或缺。在各种传感器材料中，稀土掺杂无机光致发光荧光粉表现出优异的物理和化学稳定性。即使在高温、低温、高压等恶劣条件下，也能保持优越的发光性能，这一特性使荧光粉成为极端环境下传感材料的新选择。但在实际应用中存在测量范围有限、灵敏度低等问题。因此，有必要进一步研究其在极端条件下的发光性能，以实现极高可靠性的目标。
02
研究内容
近日，沈阳化工大学辽宁省稀土化学及应用重点实验室联合吉林大学超硬国家重点实验室，基于高温固相法制备了一种可用于固态照明和极端环境下多模式传感的明亮黄绿色发光荧光粉 Sr8MgSc(PO4)7:Eu2+。研究确定了 Eu2+ 的最佳掺杂浓度为 0.2%，掺杂浓度只对发光强度有影响，对发光颜色影响不大。此外，在 298–473 K 环境下，Sr8MgSc(PO4)7:Eu2+ 荧光粉表现出一定的热稳定性，所制备的 LED 的 CIE、CCT、Ra 和流明效率分别为 (0.3509、0.3397)、4718 K、93.2 和 3.67 lm/W，具有固态照明用的潜在价值。(图1)
图1 SMSP:x% Eu2+ (x = 0.025 - 1) (a) 在 342 nm 激发下的 PL 光谱；(b) 在室温下 PL 光谱的 CIE 色度坐标；(c)SMSP:0.2% Eu2+ 的 PL 光谱随温度变化的三维映射(插图为温度相关归一化积分强度图)；(d) 用 365 nm 紫外芯片制作的 pc-LED 器件的 EL 光谱、对应照片及相关参数。
当环境温度从室温 (298 K) 降到 78 K，Sr8MgSc(PO4)7:Eu2+ 的发光颜色由黄绿色迅速变为橙色。通过发射光谱可以看到，发射峰的位置和形状随着温度的变化而变化。基于此，分别计算了最大相对灵敏度和绝对灵敏度，Sa (max) = 6.36×10-2 K-1 和 Sr (max) = 1.8% K-1。降温过程中极快的颜色变化和优异的温敏灵敏度揭示了其在低温传感领域的潜在应用。(图2)
图2 SMSP:0.2% Eu2+ (a) 298 – 78 K 的发射光谱；(b) 507和572 nm 拟合峰强度随温度的变化趋势；(c) 温度相关 FIR 拟合曲线；(d) Sa 和 Sr 值随温度的变化规律；(e)298–78 K 范围内发射光谱的 CIE 色度坐标。
此外，在加压过程中，荧光粉可承受高达 21.5 GPa 的压力。作者采用三种策略(中心峰随压力的变化–dλ / dp；发光中心的发光强度比–FIR；压力变化下光谱的动态强度比–LIR)构建了其压力灵敏度的计算方法。其中 LIR 法获得的灵敏度最大，Spr (max) = 116.22% GPa-1。高压环境下明显的颜色变化和较大的压敏灵敏度验证了其在高压传感领域的潜在应用。(图3)
图3 SMSP:0.2% Eu2+ (a) 在不同压力下的归一化 PL 光谱；(b) PL 光谱中心峰位置随压力的变化趋势；(c) 压力相关 FIR 拟合曲线；(d) 归一化 LIR 作为压力的函数。
03
总结展望
综上所述，该亮黄绿色荧光粉 Sr8MgSc(PO4)7:Eu2+ 具有快速、灵敏的温度和压力传感特性，在固态照明、低温传感和压力传感方面具有相当大的应用潜力。
04
论文信息
Sr8MgSc(PO4)7:Eu2+ phosphor: d–f transition driven applications for solid-state lighting and extreme environment multimode sensing investigations
Baofeng Zheng, Jiahao Yan, Jingyao Li, Yixuan Wang, Xinyi Yang and Wenze Li
Inorg. Chem. Front., 2025, Advance Article
https://doi.org/10.1039/D4QI02664K
*文中图片皆来源上述文章
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05
通讯作者简介
李文泽 教授
沈阳化工大学
沈阳化工大学理学院院长，博士，教授，博士生导师。辽宁省本科教学名师，辽宁省优秀研究生导师，辽宁省优秀教师，辽宁省稀土化学及应用重点实验室主任，辽宁省化工学会理事。主要从事无机材料的制备与性能研究工作。近5年，主持国家、省部级计划项目2项、合作项目5项。在 Chem. Mater., J. Mater. Chem., A Carbohydr. Polym., J. Environ. Chem. Eng. 等期刊发表 SCI 论文130余篇。申报国家发明专利8项，授权3项。
杨新一 教授
吉林大学
吉林大学“唐敖庆学者”领军教授，博士研究生导师。长期从事液体环境大腔体压机的超高压高温技术开发、高压原位光学测量和新型功能材料制备及高压物性研究；提出了利用压力处理工程和氢键协同效应实现 MOFs 荧光增强，通过量子尺寸效应“截获”纳米材料高压新相，为设计和制备新型功能材料提供了新思路。发表学术论文40余篇，包括以第一/通讯作者发表在 J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Chem. Sci., J. Phys. Chem. 等期刊上，授权发明专利10余项；承担国家重大科技基础设施-综合极端条件实验装置液体环境系统建设和国家自然科学基金面上项目等。
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