[發明專利]一種上轉換發光溫度傳感材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710367337.X
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107418573A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 王旭升;張穎;陳云;柴曉娜;李艷霞
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C09K11/68
• 分類號: C09K11/68;C09K11/77;G01K11/20
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司31225
• 代理人: 王小榮

技術領域

本發明涉及發光溫度傳感材料，具體涉及一種發光溫度傳感材料及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，由于稀土摻雜上轉換發光材料在生物標簽，光學放大器，三維彩色顯示器，固態激光器，太陽能光電板以及光學溫度傳感器領域具有潛在應用已經得到了很廣泛的關注。眾所周知，對于光學溫度傳感器來說，高的溫度靈敏度S是十分關鍵的參數?；跓晒鈴姸缺?FIR)技術的光學溫度傳感器是近些年來研究的主要手段。與其他溫度測量方法相比，FIR技術不受熒光損失、激發光源強度的波動，以及發光中心數量和分布等條件的限制，有望用于如發電站、煉油廠、煤礦等苛刻的環境下，因此FIR技術被認為是更具有潛在應用價值的測溫技術。稀土離子具有豐富的能級結構，其中有些能級構成熱耦合能級，因此可以利用熱耦合能級輻射出的熒光來實現FIR技術測溫。與靈敏度一樣，發光強度也是一個十分重要的因素。只有在發光強度足夠高的情況下，測得的靈敏度才是可信的。

一般來說，對于某個特定的稀土離子，發光強度、峰位以及形狀主要受基質晶格，格點以及發光中心的周圍環境的影響。其中，基質晶格對發光性能的影響主要與共價鍵效應和晶體場效應有關。因此，為了達到高靈敏度，選擇能夠提供適合的晶體場環境的優良基質是十分必要的。

鎢酸鹽是典型的自激活熒光材料，具有穩定的晶體結構，發光色純度高和優異的機械性能，在低溫條件下具有良好的光致發光特性，因此在熒光涂料，醫學及日光燈方面具有潛在的應用價值。近來，稀土Er、Yb摻雜鎢酸鈣和鎢酸鍶的上轉換發光性能及其溫度傳感性能已經被研究，參考文獻Applied Physics Express，2012，5，072201和Sensors and Actuators B:Chemical，2015，209，352-358。但是，稀土摻雜鎢酸鹽想要達到光學溫度傳感器的應用需求還有很長的路要走。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種熱穩定性和化學耐久性好、敏感度高的發光溫度傳感材料及其制備方法與應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種上轉換發光溫度傳感材料，該材料的化學通式為復相鎢酸鹽：yB,zYb，所述復相鎢酸鹽包括兩種或三種化學式為A_mWO_n的鎢酸鹽，其中，A選自Sr、Ca、Mg或Zn中的一種或幾種，m選自0～3的整數，n選自3～6的整數，且n-m＝3，B選自Er或Ho，0<y<30mol％，0≤z<50mol％。

稀土離子B³⁺是活化劑，作為發光材料的發光中心，Yb³⁺則作為敏化劑，添加Yb³⁺后可以有效地提高材料的發光強度。為了達到最高的上轉換發光強度和溫度傳感靈敏度，在不同的基質材料中，活化劑和敏化劑的濃度比并不是恒定的。大量實驗總結得到，Yb³⁺的濃度不宜超過30mol％，活化劑B³⁺的濃度也不宜太高，否則容易產生濃度猝滅，使上轉換發光強度大大降低。目前稀土摻雜的鎢酸鹽上轉換發光材料其溫度靈敏度是相對較高的，其溫度傳感溫區寬，實驗可重復性高，復相鎢酸鹽材料包含兩種或多種鎢酸鹽材料，希望稀土摻雜的復相鎢酸鹽的上轉換發光性能和溫度傳感性能都能夠比其中的單一鎢酸鹽有很大的提高。

所述材料的化學通式為(A₃WO₆-A₂WO₅):yB,zYb、(A₂WO₅-AWO₄):yB,zYb、(A₃WO₆-A₂WO₅-AWO₄):yB,zYb或(AWO₄-WO₃):yB,zYb中的一種。

一種如上所述上轉換發光溫度傳感材料的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)將含A化合物、WO₃、含B化合物、含Yb化合物按(1-x)：x：y：z的摩爾比混合，加入酒精研磨，其中，0<x<0.7，0<y<30mol％，0≤z<50mol％；

(2)將研磨好的混合物進行預燒，得到預燒粉料；

(3)將預燒粉料加入無水乙醇進行研磨，然后加入聚乙烯醇，攪拌、干燥、造粒、過篩網，得到球狀粉粒；