[發(fā)明專利]一種紅外熱增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的納米材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211215990.1
• 申請(qǐng)日: 2022-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN115572601A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金湘亮;周威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K11/85
• 分類號(hào): C09K11/85;G01K11/20;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發(fā)明公開一種紅外熱增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的納米材料及其制備方法和應(yīng)用。采用的原料為稀土金屬氯化物、NaOH和NaF，三者的用量比為0.5?1.5mmol：1?2g：7?9mmol，所述稀土金屬氯化物中的稀土金屬為Y、Yb、Er、Tm和Gd，Y、Yb、Er、Tm和Gd的摩爾比為35?39：18?22：1?3：0.1?0.3：38?42。本發(fā)明所得納米材料能夠在802nm波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)熱增強(qiáng)熒光發(fā)射；基于802nm/540nm熒光強(qiáng)度比隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)溫度的精確測(cè)量，其最高絕對(duì)靈敏度達(dá)到0.039K^?1，最高相對(duì)靈敏度達(dá)到1.07％K^?1；制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，明顯提升了溫度測(cè)量的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體發(fā)光材料領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外熱增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的納米材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

溫度是最重要的物理參數(shù)之一，其傳感在廣泛的工業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域有許多應(yīng)用。與基于熱膨脹和塞貝克效應(yīng)的傳統(tǒng)類型溫度計(jì)不同，光學(xué)溫度傳感器具有在電磁、化學(xué)、腐蝕等惡劣條件進(jìn)行遠(yuǎn)程和非侵入式測(cè)量溫度的優(yōu)勢(shì)。在光學(xué)溫度計(jì)中，基于稀土(RE³⁺)離子的發(fā)光溫度計(jì)在近幾十年得到了深入研究。基于發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)射帶寬、熒光壽命和熒光強(qiáng)度比(FIR)等特性的各種光學(xué)溫度傳感方法已被用于使用摻RE³⁺的熒光粉來(lái)測(cè)量溫度。基于FIR技術(shù)的光學(xué)溫度計(jì)是通過(guò)監(jiān)測(cè)從兩個(gè)不同的激發(fā)能級(jí)到較低能級(jí)的躍遷發(fā)光強(qiáng)度的相對(duì)變化來(lái)確定溫度的。

由于大量與溫度相關(guān)的能級(jí)躍遷和能量轉(zhuǎn)移(ET)過(guò)程，RE³⁺的豐富能級(jí)使FIR技術(shù)成為確定溫度的有效方法。兩種不同發(fā)射的FIR本質(zhì)上與熒光損失和激發(fā)強(qiáng)度波動(dòng)無(wú)關(guān)，這減少了測(cè)量條件和內(nèi)置校正功能引起的可變性，并消除了環(huán)境影響產(chǎn)生的誤差信號(hào)以提高靈敏度，精度和分辨率。考慮到發(fā)光的來(lái)源，F(xiàn)IR技術(shù)中的兩種發(fā)射可以來(lái)自雙發(fā)射離子或單個(gè)RE離子。FIR技術(shù)采用具有不同熱依賴性熒光行為的單個(gè)RE離子，例如Er³⁺、Ho³⁺，Nd³⁺和Tm³⁺等離子。然而，單個(gè)RE離子的FIR的測(cè)溫與熱耦合能級(jí)(TCLs)相關(guān)，且單個(gè)RE離子的TCL遵循明確的玻爾茲曼型布居分布，能級(jí)間隙在200cm^-1到2000cm^-1之間。這限制了光學(xué)溫度計(jì)靈敏度進(jìn)一步的提高。因此，源自雙發(fā)射離子的FIR是被研究的。例如Eu³⁺/Tb³⁺，Ce³⁺/Tb³⁺，Eu³⁺/Mn⁴⁺和Nd³⁺/Cr³⁺等。雙離子FIR不受能級(jí)間隙的限制，通過(guò)找到合適的具有不同熒光熱依賴性的熒光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光學(xué)溫度計(jì)更高的靈敏度。

基于雙離子的FIR技術(shù)也有多種強(qiáng)度比策略。比如，隨著溫度升高，熒光強(qiáng)度出現(xiàn)相同變化的FIR策略(熒光強(qiáng)度同時(shí)增強(qiáng)的FIR，或熒光強(qiáng)度同時(shí)淬滅的FIR)；熒光強(qiáng)度出現(xiàn)相反變化的FIR策略(一個(gè)熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，另一個(gè)淬滅的FIR)；一個(gè)熒光強(qiáng)度基本不變，另一個(gè)出現(xiàn)明顯增強(qiáng)或淬滅的FIR策略。顯而易見(jiàn)，熒光強(qiáng)度出現(xiàn)相反變化的FIR策略有更強(qiáng)的溫度依賴性。熒光強(qiáng)度出現(xiàn)相反變化的FIR有更大的斜率，即更大的絕對(duì)靈敏度(S_a)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)溫度計(jì)靈敏度不高的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種紅外熱增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的納米材料及其制備方法和應(yīng)用，所述紅外熱增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光的納米材料為NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺/Tm³⁺/Gd³⁺，該納米材料能夠在802nm波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)熱增強(qiáng)熒光發(fā)射，從而應(yīng)用于溫度傳感器件，實(shí)現(xiàn)高精度溫度測(cè)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：