Ultra‐Sensitive Low‐Temperature Upconversion via Interfacial Energy Transfer Toward Visual Cryogenic Nanothermometry

材料科学 光子上转换 低温 光电子学 低能 能量转移 纳米技术 工程物理 兴奋剂 复合材料 原子物理学 物理 工程类
作者
Haopeng Wei,Zhiyuan Cai,Haozhang Huang,Guohui Wei,Bo Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (49) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adfm.202510764
摘要

Abstract Nanothermometry with high resolution and sensitivity shows significant potential for both fundamental research and frontier applications. However, achieving real‐time high‐sensitivity temperature sensing in low‐temperature regions at the single nanoparticle level has remained challenging. Here a conceptual strategy is reported to realize the ultra‐sensitive low‐temperature thermoresponsive upconversion by interfacial energy transfer in a core‐shell nanostructure. The nanoscale spatial separation of the sensitizer Yb 3+ and activator Ho 3+ contributes to a remarkable enhancement of the upconversion by suppressing back energy transfer channels in addition to a temporal control of upconversion dynamics. Moreover, the design of non‐thermally coupled upconverting system results in highly sensitive thermochromic upconversion emissions with a contrast red‐to‐green color change and the relative sensitivity is raised up to 15.1% K −1 at 50 K. Furthermore, the sensing limit can be extend above room temperature to 443 K by incorporating another temperature‐responsive Yb 3+ /Tm 3+ layer through a multi‐layer core‐shell architecture design. These findings gain a deep insight into the thermoresponsive upconversion in nanoparticles but also provide a new way for the development of ultrasensitive real‐time visual nanothermometry and other thermoresponsive devices.
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