本发明专利技术公开了一类掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料及其制备方法，属于发光材料技术领域。所述的发光材料的化学通式为MWO4:xEr, yYb且0.025mol%≤x≤2.0mol%，x:y=1:10(摩尔比)，通式中，M选自Zn、 Mg或Ba中的一种或几种。本发明专利技术制备的发光材料具有良好的上转换发光性能，发光强度高，同时具有优异的温度敏感性能，敏感度高，应用温区宽，在荧光温度传感器，生物分子荧光标记，红外探测与防伪，三维立体显示及太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一类掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料及其制备方法
本专利技术涉及一类掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料及其制备方法，属于发光材料
技术介绍
上转换材料是指红外光激发下能发出可见光的发光材料，即能将红外光转换成可见光的材料。由于其发光过程违背Stokes定律，故又称为反Stokes定律发光材料。自从1966年Auzel首次报道了Er3+和Yb3+双掺杂CaWO4上转换材料开始，上转换发光过程及其相应的材料受到越来越多科学家的关注。材料的上转换发光随温度变化的特征可以用来制作光学温度传感器。目前基于荧光强度的比值随温度变化的技术是反映光学温度传感性能的主要理论之一。该技术具有不受输入激励的影响，不受光纤应力的影响，数据分析简单等优点。反映材料的光学温度传感性能有两个参数:灵敏度和测温区间。通常高灵敏度的材料往往其热稳定性较差。相反，通常热稳定性好的材料具有宽的测温区间，然而其荧光强度的比值随温度的变化往往不够显著（灵敏度低）（参见中国专利CN104479677A）。为了同时达到高灵敏度和宽的测温区间，就必须选择合适的基质材料，调节材料的组成，或改进材料的制备方法。钨酸盐是典型的自激活荧光材料，具有稳定的晶体结构，发光色纯度高和优异的机械性能，在低温条件下具有良好的光致发光特性，因此在荧光涂料，医学及日光灯方面具有潜在的应用价值。近来，稀土Er、Yb掺杂钨酸钙和钨酸锶的上转换发光性能及其温度传感性能已经被研究，参考文献AppliedPhysicsExpress，2012，5，072201和SensorsandActuatorsB:Chemical，2015，209，352-358。显示出稀土掺杂钨酸盐具有良好的上转换发光及温度传感性能。但是稀土掺杂钨酸锌、钨酸镁、钨酸钡等的上转换发光及温度传感性能的研究未见报道。本专利采用固相反应方法制备了一类掺杂稀土元素的钨酸盐上转换发光温度敏感材料。研究发现，材料具有优异的上转换发光和温度敏感性能，即发光强度高，温度敏感性好，应用温区宽等。同时，材料的化学性能稳定，易于制备，成本较低。可以预见，该材料在荧光温度传感器，生物分子荧光标记，三维立体显示及太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一类掺杂稀土元素的上转换发光温度敏感材料及其制备方法，这种材料具有980nm红外光激发的上转换发光现象及优异的温度传感性能。为实现上述目的及其它目的，本专利技术采用的技术方案包括以下步骤：一类掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料，所述上转换发光温度敏感材料化学通式为MWO4：xEr,yYb且0.025mol%≤x≤2.0mol%，x:y=1:10（摩尔比），通式中，M选自Zn、Mg或Ba中的一种或几种。本专利技术中，所述发光材料通式中的M为二价碱土金属元素或过渡金属Zn元素中的一种或几种。本专利技术所述的掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料的制备方法采用固相反应法，其具体步骤如下：（1）原料的选取：按化学通式MWO4：xEr,yYb且0.025mol%≤x≤2.0mol%，x:y=1:10（摩尔比），其中的M、Er、Yb和W元素分别选取以下原料：元素M选自M的氧化物或碳酸盐，稀土元素Er、Yb选自Er、Yb的氧化物、硝酸盐或氯化物，元素W选自W的氧化物；（2）原料称取及混合：按化学通式MWO4：xEr,yYb且0.025mol%≤x≤2.0mol%，x:y=1:10（摩尔比）称取各初始原料，并将称量好的原材料放入玛瑙研钵中，加入酒精混合均匀后研磨2-5小时；（3）预烧处理：将研磨后的混和原料放入马弗炉中热处理，热处理温度为700～1000℃，热处理时间为1～10小时，然后随炉降温冷却制成预烧粉料；（4）二次烧结：将预烧粉料放入玛瑙研钵中，加入适量的无水乙醇再次研磨1-2小时，然后在其中加入适量的浓度为1～15%的聚乙烯醇（PVA）作为粘结剂，充分搅拌，自然干燥，造粒，过筛网，制成球状粉粒；（5）将球状粉粒放入磨具，在10～100MPa压力下压制成一定厚度及直径的生坯，再将生坯放入马弗炉中500-600oC保温2-10小时排粘，最后将样品在1000～1300oC烧结3～6小时，降温至一定温度后关闭电源冷却，即得到所述的上转换发光温度敏感陶瓷块体材料。优选地，步骤（1）中元素M选自M的氧化物或碳酸盐，稀土元素Er、Yb选自Er、Yb的氧化物或硝酸盐，元素钨选自W的氧化物。优选地，步骤（2）中原料研磨时间为2-3小时。优选地，步骤（3）中热处理温度为700～850℃，热处理时间为4～6小时。优选地，步骤（4）再次研磨时间为1-2小时。优选地，步骤（4）中加入聚乙烯醇浓度为2～10%，过160目筛。优选地，步骤（5）中排粘时在500-600oC保温10小时，烧结时温度为1000～1300oC，烧结时间为3～6小时。利用掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料在荧光温度传感器，生物分子荧光标记，红外探测与防伪，三维立体显示及太阳能电池领域的应用。本专利技术制备的上转换发光温度敏感材料具有优异的发光性能，发光强度高，温度敏感性好，材料的化学性能稳定，物理尺寸可控，易于制备，成本较低，在荧光温度传感器，生物分子荧光标记，红外探测与防伪，三维立体显示及太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。本专利技术具有制备过程简单、成本低廉、工艺稳定、易于工业化推广等优点。附图说明图1为实施例1-9，固相反应方法制备的ZnWO4：xEr、yYb陶瓷样品的XRD图谱；图2为实施例10，固相反应方法制备的MgWO4：0.05mol%Er、0.5mol%Yb陶瓷样品的XRD图谱；图3为实施例11，固相反应方法制备的BaWO4：0.05mol%Er、0.5mol%Yb陶瓷样品的XRD图谱；图4为实施例1-9中样品的上转换发光图谱，激发光源为980纳米；图5为实施例10中产品的上转换发光光谱，激发光源为980纳米；图6为实施例11和12中产品的上转换发光光谱，激发光源为980纳米；图7为实施例2中产品在不同温度下的上转换发光光谱；图8为实施例2中产品的上转换发光的荧光强度比随温度变化的曲线；图9为实施例2中产品的上转换发光的灵敏度随温度变化的曲线；图10为实施例10中产品在不同温度下的上转换发光光谱；图11为实施例10中产品的上转换发光的荧光强度比随温度变化的曲线；图12为实施例10中产品的上转换发光的灵敏度随温度变化的曲线。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所描述的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。实施例1固相法制备ZnWO4：Er0.025mol%、Yb0.25mol%陶瓷材料，制备方法如下：采用高纯氧化锌（ZnO，99.8%），氧化铒粉末（Er2O3，99.9%），氧化镱粉末（Yb2O3，99.9%），三氧化钨粉末（WO3，99.9%）为原料，按化学计量比称取原料，放入玛瑙研钵中，以酒精为溶剂均本文档来自技高网...
【技术保护点】
一类掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料,其特征在于所述的上转换发光温度敏感材料的化学通式为MWO4：xEr, yYb且0.025mol%≤x≤2.0mol%，x:y=1:10(摩尔比)，通式中，M选自Zn、 Mg或Ba中的一种或几种。
【技术特征摘要】
1.一类掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料,其特征在于所述的上转换发光温度敏感材料具有980nm红外光激发的上转换发光现象，所述的上转换发光温度敏感材料的化学通式为MWO4：xEr,yYb且0.025mol%≤x＜2.0mol%，x:y的摩尔比为1:10，通式中，M选自Zn、Mg或Ba中的一种或几种；钨酸盐上转换发光温度敏感材料采用固相反应法制备得到，其具体步骤如下：（1）原料的选取：按化学通式MWO4：xEr,yYb且0.025mol%≤x＜2.0mol%，x:y的摩尔比为1:10，其中的M、Er、Yb和W元素分别选取以下原料：元素M选自M的氧化物或碳酸盐，稀土元素Er、Yb选自Er、Yb的氧化物、硝酸盐或氯化物，元素W选自W的氧化物；（2）原料称取及混合：按化学通式MWO4：xEr,yYb且0.025mol%≤x＜2.0mol%，x:y的摩尔比为1:10，称取各初始原料，并将称量好的原材料放入玛瑙研钵中，加入酒精混合均匀后研磨2-5小时；（3）预烧处理：将研磨后的混和原料放入马弗炉中热处理，热处理温度为700～1000℃，热处理时间为1～10小时，然后随炉降温冷却制成预烧粉料；（4）二次烧结：将预烧粉料放入玛瑙研钵中，加入无水乙醇再次研磨1-2小时，然后在其中加入浓度为1%～15%的聚乙烯醇作为粘结剂，充分搅拌，自然干燥，造粒，过筛网，制成球状粉粒；（5）将球状粉粒放入磨具，在10～100MPa压力下压制成一定厚度及直径的生坯，再将生坯放入马弗炉中500-600oC保温2-10小时排粘，最后将样品在1000～1300oC烧结3～6小时，降温至一定温度后关闭电源冷却，即得到所述的上转换发光温度敏感陶瓷块体材料。2.一种如权利要求1中所述掺杂稀土元素Er、Yb的钨酸盐上转换发光温度敏感材料的制备方法，采用固相反应法，其特征在于具体步骤如下：（1）原料的选取：按化学通式MWO4：xEr,yYb且0...
【专利技术属性】
技术研发人员：王旭升，柴晓娜，李俊，赵海峰，李艳霞，郑富慧，顾佚毫，刘茜，冯晓敏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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