Abstract

Under a 980 nm diode laser excitation, the near-infrared (NIR) emissions from Nd3+:F7/24, F5/24, and F3/24 states in Nd3+/Yb3+ codoped CaWO4 powder were studied at temperatures ranging from 303 to 873 K. As the temperature increased, the NIR luminescence intensity was significantly enhanced and nearly 190-fold enhancement was achieved at 873 K compared with that at 303 K. By using the fluorescence intensity ratio technique, the thermometry behaviors through the NIR emissions were investigated. The results illustrate that the sensitivity and the accuracy achieved here are much higher than temperature sensors based on other rare earth ion doped materials.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
    [CrossRef]
  2. J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, and B. Atakan, Prog. Energy Combust. Sci. 39, 37 (2013).
    [CrossRef]
  3. S. A. Wade, S. F. Collins, and G. W. Baxter, J. Appl. Phys. 94, 4743 (2003).
    [CrossRef]
  4. L. H. Fischer, G. S. Harms, and O. S. Wolfbeis, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 4546 (2011).
  5. P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
    [CrossRef]
  6. W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
    [CrossRef]
  7. C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
    [CrossRef]
  8. D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
    [CrossRef]
  9. W. Xu, H. Zhao, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 178, 520 (2013).
    [CrossRef]
  10. S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
    [CrossRef]
  11. M. J. Treadaway and R. C. Powell, J. Chem. Phys. 61, 4003 (1974).
    [CrossRef]
  12. W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
    [CrossRef]
  13. V. K. Rai, Appl. Phys. B 88, 297 (2007).
    [CrossRef]
  14. E. Maurice, G. Monnom, B. Dussardier, A. Saïssy, D. B. Ostrowsky, and G. W. Baxter, Appl. Opt. 34, 8019 (1995).
    [CrossRef]
  15. X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
    [CrossRef]

2014 (1)

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

2013 (3)

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, and B. Atakan, Prog. Energy Combust. Sci. 39, 37 (2013).
[CrossRef]

W. Xu, H. Zhao, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 178, 520 (2013).
[CrossRef]

2012 (2)

S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
[CrossRef]

D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
[CrossRef]

2011 (1)

L. H. Fischer, G. S. Harms, and O. S. Wolfbeis, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 4546 (2011).

2010 (1)

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

2007 (2)

V. K. Rai, Appl. Phys. B 88, 297 (2007).
[CrossRef]

X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
[CrossRef]

2003 (1)

S. A. Wade, S. F. Collins, and G. W. Baxter, J. Appl. Phys. 94, 4743 (2003).
[CrossRef]

1998 (1)

P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
[CrossRef]

1995 (2)

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

E. Maurice, G. Monnom, B. Dussardier, A. Saïssy, D. B. Ostrowsky, and G. W. Baxter, Appl. Opt. 34, 8019 (1995).
[CrossRef]

1974 (1)

M. J. Treadaway and R. C. Powell, J. Chem. Phys. 61, 4003 (1974).
[CrossRef]

Atakan, B.

J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, and B. Atakan, Prog. Energy Combust. Sci. 39, 37 (2013).
[CrossRef]

Baxter, G. W.

Bednarkiewicz, A.

D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
[CrossRef]

Brübach, J.

J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, and B. Atakan, Prog. Energy Combust. Sci. 39, 37 (2013).
[CrossRef]

Cao, W. W.

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

W. Xu, H. Zhao, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 178, 520 (2013).
[CrossRef]

Capobianco, J. A.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Cho, W. S.

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

Collins, S. F.

S. A. Wade, S. F. Collins, and G. W. Baxter, J. Appl. Phys. 94, 4743 (2003).
[CrossRef]

de Araujo, M. T.

P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
[CrossRef]

de la Fuente, A. J.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

dos Santos, P. V.

P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
[CrossRef]

Dreizler, A.

J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, and B. Atakan, Prog. Energy Combust. Sci. 39, 37 (2013).
[CrossRef]

Dussardier, B.

Fischer, L. H.

L. H. Fischer, G. S. Harms, and O. S. Wolfbeis, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 4546 (2011).

Gouveia-Neto, A. S.

P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
[CrossRef]

Harms, G. S.

L. H. Fischer, G. S. Harms, and O. S. Wolfbeis, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 4546 (2011).

Haro-González, P.

S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
[CrossRef]

Jaque, D.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Jayasankar, C. K.

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

Kakihana, M.

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

Kiran Kumar, K.

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

Kong, X. G.

X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
[CrossRef]

Kudo, A.

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

Lavín, V.

S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
[CrossRef]

León-Luis, S. F.

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
[CrossRef]

Li, Y. X.

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

Maestro, L. M.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Martín, I. R.

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
[CrossRef]

Martín, L. L.

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

Maurice, E.

Medeiros Neto, J. A.

P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
[CrossRef]

Monnom, G.

Naccache, R.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Nyk, M.

D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
[CrossRef]

Ostrowsky, D. B.

Pérez-Rodríguez, C.

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

Pflitsch, C.

J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, and B. Atakan, Prog. Energy Combust. Sci. 39, 37 (2013).
[CrossRef]

Powell, R. C.

M. J. Treadaway and R. C. Powell, J. Chem. Phys. 61, 4003 (1974).
[CrossRef]

Rai, V. K.

V. K. Rai, Appl. Phys. B 88, 297 (2007).
[CrossRef]

Rodriguez, E. M.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Rodríguez-Mendoza, U. R.

S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
[CrossRef]

Saïssy, A.

Sakata, T.

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

Samoc, M.

D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
[CrossRef]

Sanz-Rodríguez, F.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Solé, J. G.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Sombra, A. S. B.

P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
[CrossRef]

Strek, W.

D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
[CrossRef]

Sun, Y. J.

X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
[CrossRef]

Treadaway, M. J.

M. J. Treadaway and R. C. Powell, J. Chem. Phys. 61, 4003 (1974).
[CrossRef]

Vetrone, F.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Wade, S. A.

S. A. Wade, S. F. Collins, and G. W. Baxter, J. Appl. Phys. 94, 4743 (2003).
[CrossRef]

Wang, X.

X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
[CrossRef]

Wawrzynczyk, D.

D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
[CrossRef]

Wolfbeis, O. S.

L. H. Fischer, G. S. Harms, and O. S. Wolfbeis, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 4546 (2011).

Xu, W.

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

W. Xu, H. Zhao, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 178, 520 (2013).
[CrossRef]

Yashima, M.

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

Yoshimura, M.

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

Yu, Y.

X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
[CrossRef]

Zamarrón, A.

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Zhang, H.

X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
[CrossRef]

Zhang, Z. G.

W. Xu, H. Zhao, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 178, 520 (2013).
[CrossRef]

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

Zhao, H.

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

W. Xu, H. Zhao, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 178, 520 (2013).
[CrossRef]

Zheng, L. J.

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

ACS Nano (1)

F. Vetrone, R. Naccache, A. Zamarrón, A. J. de la Fuente, F. Sanz-Rodríguez, L. M. Maestro, E. M. Rodriguez, D. Jaque, J. G. Solé, and J. A. Capobianco, ACS Nano 4, 3254 (2010).
[CrossRef]

Angew. Chem. Int. Ed. (1)

L. H. Fischer, G. S. Harms, and O. S. Wolfbeis, Angew. Chem. Int. Ed. 50, 4546 (2011).

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. B (1)

V. K. Rai, Appl. Phys. B 88, 297 (2007).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

W. S. Cho, M. Yashima, M. Kakihana, A. Kudo, T. Sakata, and M. Yoshimura, Appl. Phys. Lett. 66, 1027 (1995).
[CrossRef]

P. V. dos Santos, M. T. de Araujo, A. S. Gouveia-Neto, J. A. Medeiros Neto, and A. S. B. Sombra, Appl. Phys. Lett. 73, 578 (1998).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

S. A. Wade, S. F. Collins, and G. W. Baxter, J. Appl. Phys. 94, 4743 (2003).
[CrossRef]

J. Chem. Phys. (1)

M. J. Treadaway and R. C. Powell, J. Chem. Phys. 61, 4003 (1974).
[CrossRef]

J. Phys. Chem. C (1)

X. Wang, X. G. Kong, Y. Yu, Y. J. Sun, and H. Zhang, J. Phys. Chem. C 111, 15119 (2007).
[CrossRef]

Nanoscale (1)

D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, and M. Samoc, Nanoscale 4, 6959 (2012).
[CrossRef]

Prog. Energy Combust. Sci. (1)

J. Brübach, C. Pflitsch, A. Dreizler, and B. Atakan, Prog. Energy Combust. Sci. 39, 37 (2013).
[CrossRef]

Sens. Actuators B Chem. (4)

W. Xu, H. Zhao, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 178, 520 (2013).
[CrossRef]

S. F. León-Luis, U. R. Rodríguez-Mendoza, P. Haro-González, I. R. Martín, and V. Lavín, Sens. Actuators B Chem. 174, 176 (2012).
[CrossRef]

W. Xu, H. Zhao, Y. X. Li, L. J. Zheng, Z. G. Zhang, and W. W. Cao, Sens. Actuators B Chem. 188, 1096 (2013).
[CrossRef]

C. Pérez-Rodríguez, L. L. Martín, S. F. León-Luis, I. R. Martín, K. Kiran Kumar, and C. K. Jayasankar, Sens. Actuators B Chem. 195, 324 (2014).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

Temperature dependent NIR emission spectra for Nd3+ in Nd3+/Yb3+ codoped CaWO4 phosphors excited by 980 nm laser; the inset shows the NIR luminescence spectra at 303, 373, and 473 K.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) The luminescence decay curves and (b) the corresponding lifetimes for the NIR emitting levels of Nd3+ ions at different temperatures.

Fig. 3.
Fig. 3.

Temperature dependent FIR between the NIR emissions as well as the fitting results.

Fig. 4.
Fig. 4.

Temperature dependent relative sensitivities deduced from the TCL of RE ions in this work and the reported literature (line represents the theoretical values; circle represents the experimental values).

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Sensitivities of Optical Temperature Sensors Based on the Fluorescence of Materials With RE as Activators; the Temperature Range is Included

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

FIRCexp(ΔEkBT),
ΔT=ΔFIR×kBT2FIR×ΔE=ΔFIRSr,

Metrics