实验室周博教授团队：可视化的超灵敏低温纳米温度探针

高灵敏度的低温温度传感在航空航天、大气环境、能源工业、生物医学等领域展现出广泛的应用前景。然而，传统的接触式温度计已无法满足复杂电磁条件、微纳米空间、远程非接触操作等低温环境中的应用需求。近年来开发的镧系发光测温材料需要基于玻尔兹曼分布的热耦合能级发光实现传感，导致可选用的离子种类和发射能级较少，并极大限制了高灵敏度和宽温度测量范围的传感材料的开发与应用。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的周博教授团队提出了一种非热耦合上转换发光的超灵敏低温测温的概念模型。通过界面能量传递介导的核壳结构构建了LiYF4:Ho@LiYF4:Yb@LiYF4@LiYF4:Yb/Tm纳米颗粒。核心层Ho3+掺杂具有红、绿光发射，外层Tm3+具有蓝光发射。实验表明，空间分离敏化剂 Yb3+与激活剂 Ho3+可以有效地抑制反向能量转移、增强上转换并调控其动力学。在该非热耦合上转换测温系统中，温度降低使得交叉弛豫作用受到抑制，核心层Ho3+的红、绿发射强度随温度下降呈相反变化，呈现出发射颜色由红向绿转变，测温相对灵敏度可达 15.1% K-1（50K）。通过多层核壳结构引入 Yb3+/Tm3+层，可使传感上限拓展至 443 K且无相互干扰。该设计不仅实现了单纳米颗粒水平上的宽温度范围检测，还深化了对高掺杂镧系离子低温上转换机制的理解，彰显了其在超低温检测中超高灵敏度、非接触性以及抗环境干扰的优势，为超灵敏实时可视化纳米测温及热响应器件发展提供了新路径。

图1 超灵敏可视化纳米测温应用

相关研究成果以“Ultra-SensitiveLow-Temperature Upconversion via Interfacial Energy Transfer Toward VisualCryogenic Nanothermometry”为题发表在AdvancedFunctional Materials上，其中通讯作者为周博教授，第一作者为2022级博士生魏浩鹏。该研究工作得到了国家自然科学基金、发光材料与器件全国重点实验室基金等资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202510764