温度是一个基本的热力学参数，它的测量和控制在工业、农业、医学、国防军工等各个领域都有十分重要的地位。根据测量原理的不同，温度传感器分为玻璃温度计、热电偶温度计和气体温度计等。然而，利用这些温度计测量物体温度时，温度计和被测量物体需要进行充分地接触。在一些复杂极端的条件下，比如在腐蚀环境下，或对表面不规则的物体进行测量时，这些温度计就会表现出其固有的缺陷。因此，能够克服上述问题的非接触式温敏发光材料获得广泛关注。稀土离子掺杂的发光材料以其丰富的发射谱线、高灵敏度等优点成为温敏测温领域的热点。

中国科学院长春应用化学研究所李成宇团队开发了一种基于掺杂离子能量传递的YBO₃:Bi³⁺,Eu³⁺,Tb³⁺新型温敏发光材料。该材料在紫外光的激发下发射白光，其光谱范围位于300-750nm，归属于Bi³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺发光。其中Bi³⁺离子既作为发射中心，又作为敏化剂。分析材料发射光谱随掺杂离子浓度的变化，发现Bi³⁺-Tb³⁺、Bi³⁺- Eu³⁺之间存在能量传递现象。

不同掺杂浓度的YBO₃:Bi³⁺,Eu³⁺,Tb³⁺发射光谱及色坐标图

通过该材料的温敏性质研究，发现随着温度的增加， Bi³⁺离子的发光强度逐渐降低，而Eu³⁺、Tb³⁺的发光强度随温度变化较小。这种差异主要源于Bi³⁺ 、Eu³⁺、Tb³⁺三种离子的电子结构不同。由于Bi³⁺离子为6s²外层电子结构，其发光性质受基质晶格影响较大，而Eu³⁺、Tb³⁺的发光主要以内层的f-f跃迁为主，其发光性质受晶体场等外界因素影响较小。且随着温度的变化，B i³⁺-Tb³⁺、Bi³⁺- Eu³⁺之间的能量传递效率亦发生变化。基于上述几点，该材料具有温敏发光特性。测试并计算得到了该材料在200～300K和298～473K不同温度范围内的相对灵敏度（Sr）的最大值分别为0.29%K^-1和0.57%K^-1。

本项工作以实际需求为出发点，充分考虑和利用离子的电子结构差异、晶格结构对发光中心配位环境的影响等一系列因素，开发出温敏发光材料，该设计理念对于开发新型多功能温敏发光材料提供了新的思路。

本项工作的第一作者为博士研究生武海燕，李成宇研究员、姜丽宏副研究员为文章的通讯作者。该工作发表于J.Mater. Chem. C, 2021, 9, 7264, 并被选为封面文章、被评为2021年度热点文章。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。