测温黑科技：一种新材料搞定从液氮到红热的跨越

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在工业生产和科学探索的极端环境中，温度测量往往是个大难题。

无论是零下196摄氏度的液氮低温罐，还是高达600摄氏度的航空发动机燃烧室，传统的接触式温度计往往束手无策。

它们要么受不了这种极端温度，要么无法在强电磁干扰下工作。

2026年2月4日，奥地利因斯布鲁克大学领衔的国际团队取得了一项突破性进展。

他们研发出一种新型发光材料，竟然能实现从77 K到873 K的超宽温度范围测量。

这项研究发表在顶级期刊《Light: Science & Applications》上。

它不仅刷新了光学测温的纪录，更让我们看到了未来极端环境测光的全新可能。

我们要先理解这种新技术的核心原理。

这就叫“光学发光测温”。

它的最大优势是非接触。

你不需要把探头插进被测物体里，只需要把这种材料贴上去，或者做成涂层涂在物体表面。

然后用光照射它，它就会发出荧光。

科学家通过检测荧光的变化，就能反推出温度。

这其中最精妙的技术叫“比率玻尔兹曼测温法”。

简单来说，材料里的电子有两个特定的能级。

这两个能级上电子分布的数量比例，会随着温度严格变化。

这就好比两栋楼里的人数比例，夏天和冬天截然不同。

只要测出它们发光强度的比值，就能精准算出温度。

这种方法不需要复杂的校准，非常稳定。

这次研究的主角，是一种化学名为$Al_{0.993}Cr_{0.007}B_4O_6N$的材料。

名字虽然复杂，但核心其实很清晰。

它是在铝硼氧氮化物的晶体结构里，掺入了一点点铬离子。

请注意，是铬离子，而不是我们常用的稀土元素。

在传统的光学测温领域，稀土离子（如铒离子$Er^{3+}$）一直占据统治地位。

它们虽然稳定，但工作范围往往较窄，灵敏度也有瓶颈。

而这次，科学家选择了过渡金属铬离子。

他们把铬离子精心安放在一个近乎完美的八面体配位环境中。

这种环境产生了一个“强配体场”。

在这个强场作用下，铬离子的两个激发态实现了极其高效的热耦合。

这种特殊的电子结构，造就了它惊人的性能。

它的动态工作范围从77 K一直延伸到873 K。

换算成摄氏度，就是从零下196度一直覆盖到600度。

这几乎涵盖了从极低温到红热高温的整个区间。

在这个范围内，它的表现全面超越了经典的稀土测温系统。

特别是在超过67摄氏度的高温区，它还能利用额外的宽带发射，让测量更加灵敏。

这种材料不仅测得宽，而且极其稳定。

这使它非常适合在高温高压等极端条件下工作。

看到这项发表于《Light: Science & Applications》的研究，我们很自然会问：中国在这方面表现如何？

答案是：我们不仅不落后，而且在很多方面处于世界第一梯队。

首先，这本顶级期刊《Light: Science & Applications》本身就是中国科学界实力的体现。

它是由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所与自然出版集团合作创办的。

这本身就说明了中国在光子学和光学材料领域的学术地位。

回到具体的发光测温材料上。

中国是全球稀土资源最丰富的国家，也是稀土发光材料研究最强的国家。

在以稀土离子为探针的荧光测温领域，中科院、吉林大学、中科院长春应化所等机构积累了深厚的成果。

我们不仅在稀土材料的制备上工艺成熟，在微观机制的理论解释上也走在世界前列。

对于这次研究中使用的过渡金属铬离子，中国科研团队同样有着敏锐的嗅觉。

近年来，国内多个团队都在探索基于$Cr^{3+}$、$Mn^{4+}$等过渡金属离子的发光材料。

虽然这次因斯布鲁克大学的团队在宽温域上拔得头筹，但中国科研界在材料合成、器件集成以及工业化应用方面拥有独特优势。

我们拥有从基础原料到最终应用的全产业链条。

这意味着，一旦这种新材料展现出应用价值，中国的科研和工程团队有能力迅速跟进，并优化其性能。

甚至在未来开发出性能更优、成本更低的国产化替代材料。

Gülsüm Kinik et al, Ratiometric Boltzmann thermometry with Cr3+ in strong ligand fields: Efficient nonradiative coupling for record dynamic working ranges, Light: Science & Applications (2025). DOI: 10.1038/s41377-025-02082-8