多功能纳米温度计能够实时观察材料结构和温度

同时观察材料超细结构和温度变化的技术进步为先进材料的发展铺平了道路。这一创新有望促进对特定结构与样品热力学性质之间相关性的分析

由UNIST化学系的Oh Hoon Kwon教授领导的一个研究小组宣布开发了一种多功能纳米温度计，能够在透射电子显微镜（TEM）中准确测量微样品的温度

这种新设计的纳米温度计通过分析纳米颗粒在受到电子束照射时发出的阴极发光（CL）光谱来测量温度。在透射电子显微镜中，电子束作为观察样品微观结构的照明源，也用于温度测量

虽然之前开发的纳米温度计可以与原位TEM一起用于观察微观结构的变化，但它们需要根据电子束的强度进行调整，这给研究人员带来了重大挑战

在发表在ACS Nano上的这项研究中，研究小组通过选择不同的纳米温度计材料提高了温度计的可靠性和通用性。他们选择镝离子（Dy3+）作为阴极射线发射的活性材料，从而提高了性能

该研究的主要作者、研究员Won Woo Park解释说：“Dy3+CL光谱中的量子态分布遵循玻尔兹曼分布，该分布仅取决于温度，而与电子束的强度无关。”玻尔兹曼分配是一种统计分布，描述了高能量子态的比例随温度升高而增加的现象

研究小组将Dy3+掺入钒酸钇（YVO4）中，钒酸钇是一种能够承受电子束高能的材料，可以合成150 nm的纳米温度计粒子。当在-170°C至50°C的温度范围内进行评估时，所开发温度计的测量误差在约4°C以内

此外，该团队通过用激光束照射样品并跟踪温度变化的空间分布，成功地提高了温度。这一成就突显了该技术在实时观察外部刺激引起的温度和结构变化方面的有效性