使用钙钛矿状卤化锡发光进行新型热成像测温

远程热成像或热成像技术适用于从医学和国防到生物学研究或技术故障诊断的众多应用。在所有这些应用中，远程热检测分为两大类：红外（IR）或可见光。随着MEMS技术（微机电系统）的发展，价格较便宜的辐射热探测器已经进入消费电子市场，并且能够以高速和高分辨率记录热图像。但是，基于红外辐射强度的测量，其热成像性能固有地受到观察对象的透明度和发射率的限制。更重要的是，也受到材料和介质（窗口，涂层，基质，溶剂等）的限制。作为主要后果之一，红外热像仪想要轻松地与传统的光学显微镜或其他封闭的光学系统（如低温恒温器或微流控单元）结合使用较为困难。

图为可见光和红外热像仪比较

不受外壳或红外吸收介质影响的远程热成像的另一种方法是使用对温度敏感的发光体（即荧光体或磷光体），并在可见光谱范围内沉积光致发光（PL）。为了探测物体的温度，通过紫外线或可见（UV-vis）脉冲源（例如，激光或发光二极管，LED）激发发光体，然后通过时间分辨来分析与温度相关的PL寿命衰减探测器。

这种PL寿命方法具有几个好处：可以将激发功率以及相应的PL强度调整到适合探测器动态范围的值。此外，使用紫外线可见光而不是中长波长红外辐射可以使该方法与生物学研究和材料研究中使用的常规光谱学和显微镜技术直接集成。此外，可见光（400–700 nm）可获得更高的空间分辨率，潜在地将远程热成像的用途扩展到细胞内和体外研究。

为了促进远程热成像技术的发展和广泛使用，需要更广泛的发光，热敏和温度范围可调材料组合。这些发射器必须表现出完全可复制的辐射寿命与温度的关系，并表现出对激发光强度的不变行为。研究者提出（1）一类低维卤化锡发光体，由于其强烈依赖温度，特定化合物的PL寿命而非常适合远程热成像；（2）测温精度低至0.013°C；（3）一种采用飞行时间（ToF）相机的热成像方法，可实现经济高效的高分辨率快速热成像。

图为由封装的Cs4SnBr6粉末组成的样品的热像图

研究者发现低维卤化锡在可调节的温度范围内表现出极高的热敏性。特别是，这种发射的特征是单指数衰减，PL寿命对温度（高达20 ns°C-1）的依赖性很大。将这些功能应用于宽温度范围（-100至110°C）内的高精度测温，并通过将这些低维卤化锡发光体与ToF-FLI结合，展示了一种远程光学热成像方法，成功实现了低成本，精确和高速的PL热成像。

参考资料：

Sergii Yakunin , Bogdan M. Benin , Yevhen Shynkarenko, et al. High-resolution remote thermometry and thermography using luminescent low-dimensional tin-halide perovskites. Nature Materials. 18:846-852, 2019.