遠程熱成像或熱成像技術(shù)適用于從醫(yī)學(xué)和國防到生物學(xué)研究或技術(shù)故障診斷的眾多應(yīng)用。在所有這些應(yīng)用中，遠程熱檢測分為兩大類：紅外（IR）或可見光。隨著MEMS技術(shù)（微機電系統(tǒng)）的發(fā)展，價格較便宜的輻射熱探測器已經(jīng)進入消費電子市場，并且能夠以高速和高分辨率記錄熱圖像。但是，基于紅外輻射強度的測量，其熱成像性能固有地受到觀察對象的透明度和發(fā)射率的限制。更重要的是，也受到材料和介質(zhì)（窗口，涂層，基質(zhì)，溶劑等）的限制。作為主要后果之一，紅外熱像儀想要輕松地與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡或其他封閉的光學(xué)系統(tǒng)（如低溫恒溫器或微流控單元）結(jié)合使用較為困難。

圖為可見光和紅外熱像儀比較

不受外殼或紅外吸收介質(zhì)影響的遠程熱成像的另一種方法是使用對溫度敏感的發(fā)光體（即熒光體或磷光體），并在可見光譜范圍內(nèi)沉積光致發(fā)光（PL）。為了探測物體的溫度，通過紫外線或可見（UV-vis）脈沖源（例如，激光或發(fā)光二極管，LED）激發(fā)發(fā)光體，然后通過時間分辨來分析與溫度相關(guān)的PL壽命衰減探測器。

這種PL壽命方法具有幾個好處：可以將激發(fā)功率以及相應(yīng)的PL強度調(diào)整到適合探測器動態(tài)范圍的值。此外，使用紫外線可見光而不是中長波長紅外輻射可以使該方法與生物學(xué)研究和材料研究中使用的常規(guī)光譜學(xué)和顯微鏡技術(shù)直接集成。此外，可見光（400–700 nm）可獲得更高的空間分辨率，潛在地將遠程熱成像的用途擴展到細胞內(nèi)和體外研究。

為了促進遠程熱成像技術(shù)的發(fā)展和廣泛使用，需要更廣泛的發(fā)光，熱敏和溫度范圍可調(diào)材料組合。這些發(fā)射器必須表現(xiàn)出完全可復(fù)制的輻射壽命與溫度的關(guān)系，并表現(xiàn)出對激發(fā)光強度的不變行為。研究者提出（1）一類低維鹵化錫發(fā)光體，由于其強烈依賴溫度，特定化合物的PL壽命而非常適合遠程熱成像；（2）測溫精度低至0.013°C；（3）一種采用飛行時間（ToF）相機的熱成像方法，可實現(xiàn)經(jīng)濟高效的高分辨率快速熱成像。

圖為由封裝的Cs4SnBr6粉末組成的樣品的熱像圖

研究者發(fā)現(xiàn)低維鹵化錫在可調(diào)節(jié)的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出極高的熱敏性。特別是，這種發(fā)射的特征是單指數(shù)衰減，PL壽命對溫度（高達20 ns°C-1）的依賴性很大。將這些功能應(yīng)用于寬溫度范圍（-100至110°C）內(nèi)的高精度測溫，并通過將這些低維鹵化錫發(fā)光體與ToF-FLI結(jié)合，展示了一種遠程光學(xué)熱成像方法，成功實現(xiàn)了低成本，精確和高速的PL熱成像。

參考資料：

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.