[0001] 本发明属于二维材料荧光光谱领域，具体涉及二维材料荧光光谱的温度变化监测器及其制备方法。

[0002] 荧光光谱温度变化监测器是一种利用不同温度下荧光光谱的变化进行温度监控的器件，核心部件由温度敏感材料组成。当前荧光光谱温度变化监测器已经在工业生产和科学研究领域得到了广泛应用，而小型化，轻量化，宽温域监测和荧光特征明显是当前研究的关键。二维材料由于其高的比表面积、高载流子迁移率广泛利用于制备小型化、轻量化、集成化器件。二维材料种类众多、物性丰富，使研究者们能够自由选择特定的材料来实现所需的应用，已在光电子学、光学、催化、气体分离、能量储存转化和生物医学等各种领域进行应用研究。然而，二维材料受到分解温度低，监测能力差和荧光能力差等条件的限制，材料的荧光光谱的温度变化监测器的发展受到明显阻碍。紫磷（VP）作为一种新型二维范德华材料，由于其自身高分解温度（512℃）和可见波段的荧光特性，成为制备基于荧光光谱的温度变化监测器的潜力材料。

[0028] 实施例1 VP/h‑BN异质结的制备工艺

[0029] 请参见附图1，VP/h‑BN异质结的制备工艺分为以下四个步骤：

[0030] 1）衬底切割和处理：将商用的硅/二氧化硅衬底衬底用塑料板标记直线切割边缘，划分为1 cm×1 cm的衬底单位；使用蓝宝石玻璃刀沿着1 cm×1 cm的直线边缘，采用100 N的力进行切割。维持衬底水平状态，使用竖直的力，沿着垂直边缘方向，以200 N的力进行弯折，直至衬底沿着直线边缘分为两块。对于正方形单位衬底的四个边缘重复以上操作。

[0031] 2）机械剥离VP：将商用的VP块体材料置于蓝胶带上，对折蓝胶带后打开，反复对着几次后利用胶带的粘度减薄体材VP。取一片PDMS薄膜，置于蓝胶带上，并将50 N的压力施加于上层，使得二者紧密结合；取上层附有材料的PDMS薄膜，转移到正方形单位衬底上；将整体加热至80℃并保持10分钟后，取下上层PDMS薄膜，此时上层PDMS薄膜所黏附的VP已经全部转移到单位衬底上；

[0032] 3）机械剥离h‑BN：将商用的h‑BN块体材料置于蓝胶带上，对折蓝胶带后打开，反复对着几次后利用胶带的粘度减薄体材VP。取一片PDMS薄膜，置于蓝胶带上，并将50 N的压力施加于上层，使得二者紧密结合。取上层附有材料的PDMS薄膜，转移到正方形单位衬底上。使用转移台（迈塔光电：二维材料显微转移平台）将h‑BN材料和盛有VP的衬底进行转移堆叠，确保h‑BN完全覆盖VP材料。将整体加热至80℃并保持10分钟后，取下上层PDMS薄膜，此时上层PDMS薄膜所黏附的VP已经全部转移到单位衬底上；

[0033] 4）VP/h‑BN异质结退火：将带有VP/h‑BN异质结的衬底正面朝上置于玻璃舟中，将玻璃舟放置于退火炉中间位置。开启真空泵，将退火炉抽至真空。以10 °C /min的速率升温至100 °C，保持20min以确保异质结结合紧密。

[0034] 至此，器件的制备和加工过程已全部完成。

[0035] 实施例2 基于紫磷荧光光谱的温度变化监测器的制备

[0036] 请参见附图2，基于紫磷荧光光谱的温度变化监测器，包括：硅/二氧化硅衬底，VP/h‑BN异质结。所述的硅/二氧化硅衬底为商业购置，后使用蓝宝石玻璃刀加工并切割；所述的VP/h‑BN异质结为经过机械剥离的二维材料，后转移贴合的异质材料；所述的硅/二氧化硅衬底，VP/h‑BN异质结在制备过程中使用PDMS进行材料转移和异质结搭建，并最终制备出基于紫磷荧光光谱的温度变化监测器。

[0037] 实施例3 用于VP/h‑BN场效应晶体管的材料性能表征

[0038] 参见图3‑4所示，具体表征方法如下：

[0039] 1） 参见附图3，将基于VP/h‑BN异质结置于光学场中，引入波长为320nm的激光，将激光功率衰减至50微瓦。将下层材料VP进行曝光，积分时间为8秒，用光谱仪记录其拉曼光谱强度。其结果显示：h‑BN完全覆盖的VP仍保持其典型拉曼振动特性，复杂的拉曼光谱来源于VP特殊的晶体结构。

[0040] 2） 参见附图4，将基于VP/h‑BN异质结置于光学场中，引入波长为320nm的激光，将激光功率衰减至50微瓦。将下层材料VP进行曝光，积分时间为8秒，用光谱仪记录其光致发光强度。其结果显示：室温下，h‑BN完全覆盖的VP展现出良好的荧光特性。

[0041] 3） 参见附图5，将VP结置于X射线辐射场中，监测其散射光强变化，得到图5所示XRD的图谱，分别对应 晶面。

[0042] 实施例4 基于紫磷荧光光谱的温度变化监测器的应用

[0043] 其应用具体涉及以下部分：

[0044] 请参见附图6：

[0045] 基于紫磷荧光光谱的温度变化监测器的变温荧光光谱图，引入波长为320 nm的激光，从300 K开始，每升高40 K采集一次荧光光谱，直至580 K。通过观测荧光光谱发光中心距离和强度的变化判断外界环境温度。

[0046] 基本原理如下：紫磷是一种层状半导体材料，带隙宽度约为1.8 eV。根据半导体材料的固有性质，受激辐射后的样品只能发射与带隙宽度相同的荧光。然而当温度升高时，紫磷的载流子从晶格中获得能量，有几率跃迁到更高的能级，进而形成更高能量的荧光，并且荧光强度随温度升高而逐渐升高。当温度继续升高时，由于紫磷材料本征的载流子湮灭，发光强度将逐渐下降。

[0047] 在此，利用紫磷的变温荧光光谱判断外界环境温度范围，具体来说：

[0048] 在当紫磷的荧光光谱中心位于660 ± 20 nm时，外界环境低于420 K；

[0049] 当紫磷的荧光光谱中心位于500 ± 20 nm附近且荧光强度达到600时，外界环境处于420K‑500K区间；

[0050] 当紫磷的荧光光谱中心位于500 ±20 nm附近且荧光强度弱于600时，外界环境高于500K‑580K区间。

[0051] 本发明通过不同温度利用紫磷荧光光谱的荧光强度和荧光中心的不同，实现了在一定范围内对环境温度的监测，为二维荧光材料在温度变化监测的应用开辟了一条途径。