一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其在温度传感器中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其在温度传感器中的应用。本发明专利技术所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在980nm激光激发下，铥离子具有两个热耦合能级

A Flower Tb-Doped Calcium Dodecaaluminate and Its Application in Temperature Sensors

The invention discloses a flower-like Tb and Yb double-doped calcium dodecaaluminate and its application in temperature sensor. The flower-like thulium-ytterbium double-doped calcium dodecaaluminate has two thermally coupled energy levels under 980 nm laser excitation.

【技术实现步骤摘要】
一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其在温度传感器中的应用
本专利技术属于光学
，更具体地，涉及一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其在温度传感器中的应用。
技术介绍
非接触式光学温度传感器具有绝缘性、分辨率高、成本低和耐高温酸碱等优点，相比传统接触式温度传感器，例如热电偶、热电阻、温度计等，可以更广泛的应用于某些恶劣测试环境中。在众多非接触式光学温度传感器中，包括红外测温仪和拉曼技术等，上转换荧光温度传感器基于荧光强度比技术（FIR，FluorescenceIntensityRatio），具有反应快，准时检测，高敏感度和分辨率的优势，因此成为当前的研究热点之一。众所周知，稀土上转换荧光辐射是指利用镶嵌于基质材料晶格的稀土离子将两个或两个上的长波长光子能量叠加并转变为一个短波长光子的过程。上转换发光基质材料作为发光离子的载体，为上转换发光过程提供合适的晶格环境，具有非常重要的意义。七铝酸十二钙作为（12CaO∙7Al2O3，C12A7）是一种宽带隙半导体氧化物材料（Eg>6eV），因其自身独特的笼状微结构在经过还原处理后，能够由绝缘体变为半导体，甚至变为导体。由此，具有独特笼状结构和广泛功能性的C12A7，引起国内外学者的密切关注。值得注意的是，C12A7自身独特的笼状微结构使其晶格能够容纳大量的外来杂质，为稀土离子的掺杂改性提供了优越条件，非常有利于将近红外光通过上转换技术转换为可见光。因此，以C12A7做为上转换荧光辐射的基质材料制备上转换荧光温度传感器具有极大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙。本专利技术通过共沉淀法制备花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙材料，其在980nm激光激发下，铥离子的热耦合能级对1G4(1)和1G4(2)可以通过辐射跃迁发射出475nm和485nm上转换蓝光，可利用FIR技术，通过研究上转换荧光强度比随温度变化而变化的规律，可得到拟合方程为FIR=1.43*exp(-645.95/T)+0.48，其中∆E/kB=645.95；并得到花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙材料的最大温度敏感度为0.00119K-1。本专利技术的另一目的在于提供所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在温度传感器中的应用。本专利技术的上述目的是通过以下方案予以实现的：一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的制备过程包括：S1.将原料硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源溶于水中配成混合溶液；S2.将混合溶液的pH值调节至7～8，发生化学共沉淀反应，分离得到沉淀；S3.将得到的沉淀干燥，然后在600～1100℃条件下煅烧8～10h；研磨后即可得到所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙；其中步骤S1的混合溶液中，硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源的摩尔比为：439.5～458.5:512.8～534.9:1～19.92:9.963～20，其中Ca与Al的摩尔比为12:14。稀土铥离子（Tm3+）的热耦合能级对1G4(1)和1G4(2)间的能级间隙位于200-2000cm-1范围内，使得稀土铥离子掺杂基质材料非常适合于光学温度传感器。而Yb3+离子在980nm波长激光激发下，不仅有大的吸收截面积，并且可以同时将吸收的能量有效的传递给Tm3+离子。因此，本专利技术选择镱离子（Yb3+）作为敏化离子，将镱离子和铥离子共同掺杂在上转换荧光辐射的基质材料C12A7中制备得到花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙。优选地，所述步骤S1中的混合溶液中，硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源的摩尔比为：457.8:534.1:2.008:10.04。优选地，步骤S1中的混合溶液在沉淀前先进行球磨，球磨时间为12～24h，转速为300rpm。优选地，步骤S1中所述铥源为硝酸铥或者醋酸铥；所述镱源为硝酸镱或者醋酸镱。优选地，步骤S1所述硝酸钙为四水硝酸钙；所述硝酸铝为九水硝酸铝；所述铥源为五水硝酸铥；所述镱源为五水硝酸镱。优选地，步骤S2中采用氨水调节混合溶液的pH值；所述混合溶液的pH值为7。优选地，步骤S3中的煅烧温度为1100℃；煅烧时间为10h。本专利技术同时还保护所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在温度传感器中的应用。优选地，所述温度传感器的量程为80～740K。优选地，所述温度传感器的量程为150～740K。优选地，所述温度传感器的量程为200～740K。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙是首次采用共沉淀法制备得到；980nm激光激发下，Tm3+离子具有明显的热耦合能级对1G4(1)和1G4(2)，使花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙可利用FIR技术应用于光学温度传感器中；本专利技术制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的最大温度敏感度为0.00119K-1，具有应用于温度传感器的潜力。附图说明图1是实施例1的花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的XRD图。图2是实施例1的花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的荧光强度比随温度变化图。图3是实施例1的花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的温度敏感度图。图4是实施例1的花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在980nm激光激发下随温度变化的上转换光谱图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。实施例1一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的制备，具体过程如下：（1）量取80mL去离子水，将0.064mmol五水硝酸铥、0.3199mmol五水硝酸镱、0.0146mol四水硝酸钙和0.017mol九水硝酸铝加入其中，搅拌均匀；（2）将混合溶液移至球磨罐中，300rpm球磨24h；（3）将球磨后的溶液移至烧杯中，滴加氨水调节PH=8，发生共沉淀反应；（4）将反应所得沉淀放置于干燥箱中90℃干燥12h后，于1100℃煅烧10h，最后研磨制备得铥镱双掺杂七铝酸十二钙。图1是本实施例所制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的XRD图。如图所示，所制备样品与七铝酸十二钙标准卡片PDF#48-1882一致，有部分Ca3Al2O6的衍射峰出现。图2是本实施例所制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙荧光强度比随温度变化图。利用FIR技术拟合后得出荧光强度比方程FIR=1.43*exp（-645.95/T）+0.48，其中∆E/kB=645.95。图3是本实施例1所制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的温度敏感度图。由图可知，其最大敏感度为0.00119K-1。图4是本实施例1所制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙在980nm激光激发下，随不同温度变化的上转换光谱图。如图所示，随着温度的升高，整体蓝光强度逐渐减弱，其中475nm和485nm上转换荧光分别来自于Tm3+离子的电子跃迁1G4(1)→3H6和1G4(2)→3H6。实施例2本实施例与实施例1的区别在于：步骤1中的五水硝酸铥为0.032mmol、五水硝酸镱为0.32mmol、四水硝酸钙为0.0146mol和九水硝酸铝为0.017mol。实施例3本实施例与实施例1的区别在于：步骤1中的五水硝酸铥为0.6348mmol、五水硝酸镱为0.3174mmol、四水硝酸钙为0.0142mol和九水硝酸铝为0.0166mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，其特征在于，所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的制备过程包括：S1. 将原料硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源溶于水中配成混合溶液；S2. 将混合溶液的pH值调节至7～8，发生化学共沉淀反应，分离得到沉淀；S3. 将得到的沉淀干燥，然后在600～1100℃条件下煅烧8～10h；研磨后即可得到所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙；其中步骤S1的混合溶液中，硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源的摩尔比为：439.5～458.5: 512.8～534.9:1～19.92:9.963～20，其中Ca与Al的摩尔比为12:14。

【技术特征摘要】
1.一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，其特征在于，所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的制备过程包括：S1.将原料硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源溶于水中配成混合溶液；S2.将混合溶液的pH值调节至7～8，发生化学共沉淀反应，分离得到沉淀；S3.将得到的沉淀干燥，然后在600～1100℃条件下煅烧8～10h；研磨后即可得到所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙；其中步骤S1的混合溶液中，硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源的摩尔比为：439.5～458.5:512.8～534.9:1～19.92:9.963～20，其中Ca与Al的摩尔比为12:14。2.根据权利要求1所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，其特征在于，所述步骤S1中的混合溶液中，硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源的摩尔比为：457.8:534.1:2.008:10.04。3.根据权利要求1所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，其特征在于，步骤S1中的混合溶液在沉淀前先进行球磨，球磨时间为12～24h，转速为300rpm。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱艳楠，唐巽泽，张海燕，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44