俄罗斯科学基金会: 在红色与亮绿色之间
圣彼得堡科学家团队提出了一种基于稀土元素铽和铕离子的新型发光纳米温度计。通过改变其发光强度，可以在无接触情况下测定-150°С—+200°С的温度。该原理基于两个光学活性中心之间的能量转移现象，可提高传感器的热灵敏度，测量精度高达0.1°С。该项成果得到了俄罗斯科学基金会总统计划的资助，将有助于监测在极端条件下运行的设备的温度。
在冶金、化工、医药和分子生物学等众多生产行业中，温度是影响材料性能和诸多工艺过程的最重要参数之一。在大多数情况下，接触式温度计被用于精确的温度测量，但必须直接将其带到分析表面或者浸入分析介质中。 此类温度计包括用于测量人体温度的水银温度计。
然而，接触式温度计并不总是适用的：它们不能用于微型和纳米物体，也不能在高压或腐蚀性环境中工作。 因此，科学家们研发了传统传感器的替代品——非接触式光学温度计。这种装置由能够在吸收特定波长的辐射时发光的材料组成。其工作原理是，即使在轻微的加热和冷却之下，发光光谱也会发生变化，因此可以相当准确地测量温度。
圣彼得堡国立大学和彼得大帝圣彼得堡理工大学的科学家们已经研发出基于稀土元素铽和铕离子激活的氧化物纳米颗粒的发光温度计。其中前者发出亮绿色辐射，后者则发出红色辐射。此外，铽离子能够将能量传递给铕离子，从而增加其发光强度。这种特性使科学家能够将二者作为一对进行发光测温，因为即使温度略有变化，铽（绿光）和铕（红光）离子的发光强度也会发生变化。
我们合成的纳米温度计涵盖的温度范围极宽，这显著扩大了其应用领域。与此同时，它们在超过150°C高温下的热灵敏度高于任何玻尔兹曼荧光温度计的最大灵敏度，这将显著提高温度测定的准确性。未来，我们将致力于进一步提高活动中心之间能量传递的效率，从而提高灵敏度。
项目负责人、物理和数学科学副博士、圣彼得堡国立大学伊利亚·科列斯尼科夫“物质研究的光学和激光方法”资源中心专家
发光颗粒的合成采用该项目研究团队成员开发的“溶胶—凝胶”方法进行。所获得的颗粒尺寸小于100纳米，这使得能够以亚微米空间分辨率确定温度。研究人员测量了获得的纳米颗粒的发光光谱，然后研究了它们如何随着温度的升降而变化。事实证明，由于向铕离子的能量转移增加和温度猝灭，铽离子的发光强度在加热过程中降低。铕离子的发光强度随着温度的升高而发生非单调的变化：在低于370°C的温度下升高，随后降低。这种行为与两个多向因素的同时影响有关：来自铽离子的能量转移和温度猝灭。
由于每个活性中心都展示了自己的发光变化动力学，科学家们使用数学方法描述了铽和铕离子对温度的依赖性，从而可以在-150°С—+200°С范围内无接触地测定温度。精度可达0.1°С。