遠程熱成像或熱成像技術適用于從醫(yī)學和國防到生物學研究或技術故障診斷的眾多應用。在所有這些應用中，遠程熱檢測分為兩大類：紅外（IR）或可見光。隨著MEMS技術（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（窗口，涂層，基質，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)的光學顯微鏡或其他封閉的光學系統(tǒng)（如低溫恒溫器或微流控單元）結合使用較為困難。

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)功率以及相應的PL強度調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研究和材料研究中使用的常規(guī)光譜學和顯微鏡技術直接集成。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和體外研究。

為了促進遠程熱成像技術的發(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材料組合。這些發(fā)射器必須表現(xiàn)出完全可復制的輻射壽命與溫度的關系，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)低維鹵化錫在可調節(jié)的溫度范圍內表現(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。將這些功能應用于寬溫度范圍（-100至110°C）內的高精度測溫，并通過將這些低維鹵化錫發(fā)光體與ToF-FLI結合，展示了一種遠程光學熱成像方法，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.