禁漫天堂

近日，禁漫天堂 付作岭教授课题组在玻尔兹曼型发光纳米测温的机理与预测设计方面取得重要进展。该工作围绕稀土离子热耦合能级体系，建立了布居动力学理论框架，阐明了玻尔兹曼型发光测温中热耦合形成的关键判据，并引入分裂因子模型用于材料的预测设计；在此基础上，研究团队进一步构筑出高亮度、超薄、柔性的原位测温贴片，实现了反应过程中实时温度成像与高精度监测。相关成果以“Boltzmann luminescent nanothermometry: mechanistic criteria and predictive design of thermally coupled levels”为题发表于《Light: Science & Applications》。

发光纳米测温技术因具备非接触、高空间分辨率、响应迅速和自校准等优势，在纳米技术、生物医学及航空航天等领域具有重要的应用价值。其中，基于稀土离子热耦合能级的玻尔兹曼型比率测温方法，通过相邻激发态布居随温度变化所呈现的玻尔兹曼分布关系，将温度信息转化为稳定可靠的光学信号，是实现高精度温度探测的重要途径。由于该方法能够有效减弱激发光强波动和探针浓度变化带来的影响，同时兼具远程和非侵入式测温的优点，因此受到了广泛关注。

然而，目前关于玻尔兹曼型发光测温体系的理论研究仍不够系统，热耦合能级的形成机制尚未完全厘清，对于特定基质中相对灵敏度的准确预测也缺乏统一的理论依据。已有研究发现，许多被视为热耦合双能级的体系在实际测温过程中并不严格遵循理想的玻尔兹曼分布，其发光强度比易受非辐射弛豫、相邻能级干扰以及热化不充分等因素的影响，导致不同研究所获得的测温灵敏度和有效能隙结果存在明显差异。此外，单一热耦合能级对的测温性能还受到主晶格固有能级间距的限制，使得高性能发光温度计的设计在较大程度上仍依赖于经验筛选与反复试验，从而制约了该领域的深入发展。

在本项研究中，付作岭教授团队围绕稀土离子热耦合能级，构建了系统的布居动力学理论框架，定量界定了玻尔兹曼行为的起始温度及有效工作窗口，并明确了影响这两个核心参数的关键因素；研究进一步揭示，当最近低能级与热耦合下能级之间的能量间隔超过热耦合能级间距的两倍时，即可形成稳定可靠的玻尔兹曼耦合；同时，该团队提出了分裂因子模型，将宏观相对灵敏度与微观化学键参数相关联，为高性能测温材料的预测设计提供了理论支撑；在此基础上，通过构建双热耦合能级体系，获得了相对灵敏度高达6.17% K^-1的高灵敏发光测温性能；进而制备出高亮度、超薄、柔性的微尺度测温贴片，成功实现了反应过程中实时原位温度成像与高精度监测，为高精度发光纳米测温材料的理性设计提供了新思路。

禁漫天堂 博士研究生李柯洁为本文第一作者，通讯作者为禁漫天堂 付作岭教授、郑州大学贾陌尘研究员、长春理工大学硕士生导师王志颖。该工作得到了国家自然科学基金、吉林省科技发展计划重点研发项目和中国博士后科学基金的资助，同时得到了禁漫天堂 仪器设备共享平台的测试支持。

论文全文链接：

//doi.org/10.1038/s41377-026-02260-2

编校|付作岭

排版|于 跃

审核|姚明光、侯博宇、杨景