用于光学测温的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于光学测温的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料及制备方法。所述纳米玻璃陶瓷材料包括氧化物玻璃基体，所述氧化物玻璃基体中含有掺杂了Yb

【技术实现步骤摘要】
用于光学测温的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料及制备方法
本专利技术属于固体转换发光材料领域，具体涉及一种用于光学测温的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料及制备方法。
技术介绍
生物学的研究往往涉及微观和纳米尺度的温度测量和操纵，在许多特殊的环境中，温度检测也需要非接触和快速对应的温度检测器。传统的温度检测器大多采用接触式，仅能满足被测物体大于10μm的情况，且检测速度受热传导的影响，应用环境受到限制。基于光学温度传感特性的非接触式温度传感器，这种温度探测技术的关键点就是作为温度探针的荧光材料。这种荧光材料必须具有两个以上的荧光发射峰，且不同发射峰的强度对温度有不同的反应；另外，不同发射峰之间还要有一定的波长间隔，以便甄别信号。如中国专利CN106634988A公开了一种用于荧光温度探针的纳米晶材料，在980nm激光激发下，该纳米晶材料分别表现出Er3+离子和Tm3+离子在650nm和800nm处的单谱带发光，随着温度从60℃逐渐增至200℃，Er3+离子位于650nm处的荧光强度不变，而Tm3+离子位于800nm处的荧光强度逐渐增加，其灵敏度为1.73％K-1，测温区范围为60～200℃。上述技术的测温灵敏度达到了实用要求，存在的不足就是测温区范围不够宽，使得实际应用受到了一定限制。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种可用于荧光温度探针的既有宽范围测温区、同时保证足够温度反应灵敏度的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料，所述材料的测温区范围达到30～525℃，灵敏度也达到了1～1.35％K-1；同时本专利技术还提供了所述材料的制备方法。本专利技术中所述玻璃陶瓷材料的氧化物玻璃基体中，含有均匀分布的掺杂了Yb3+和Er3+的Ca5(PO4)3F（氟磷灰石）纳米晶体。所述氧化物玻璃基体的组成中至少含有15～25mol％的CaF2、25～35mol％的ZnO、6～12mol％的P2O5和34～44mol％的B2O3，外加占上述氧化物总量0.5～1.5mol％的Yb2O3和0.04～0.08mol％的Er2O3。上述掺杂比例为本专利技术给出的优选比例，获得本专利技术效果并不限于此比例范围，本领域技术人员可以根据实际情况做适当调整。所述玻璃陶瓷材料的制备方法：将上述所有的粉体原料研磨混合均匀后置于坩埚中，加热到1100～1250℃，保温1～2小时；然后将所得玻璃熔液快速倒入420～450℃预热的铜模中成型并退火得到基质玻璃；退火后的基质玻璃继续在660～680℃保温2～6小时使之发生晶化。附图说明图1是本专利技术实施例样品的透射光谱图。图2是本专利技术实施例样品的X射线衍射图。图3是本专利技术实施例样品的透射电镜照片。图4是本专利技术实施例样品的温度相关发射光谱图。图5是本专利技术实施例样品的强度比随温度变化图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1：将CaF2、ZnO、NH4H2PO4、H3BO3、Yb2O3、Er2O3粉体，按摩尔百分比25CaF2：25ZnO：10P2O5：40B2O3，外加1Yb2O3、0.04Er2O3的配比(摩尔百分比)计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨15分钟以上使其均匀混合，然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1150℃后保温1小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入420℃预热的铜模中成形，将成形的玻璃放入420℃保温的马弗炉中退火10小时后随炉冷却，得到基质玻璃（用PG表示）；将获得的基质玻璃放入热处理电阻炉中，在660℃保温4小时，得到纳米玻璃陶瓷（用GC660表示）。透射光谱表明玻璃陶瓷具有高透明度(图1)；X射线衍射图表明在氧化物玻璃基体中析出Ca5(PO4)3F晶相(图2)；透射电镜观察证实玻璃陶瓷中有大量平均尺寸为5nm左右的Ca5(PO4)3F晶体均匀分布于基体中(图3)；荧光光谱仪测量得到在980nm激发条件下的温度相关光致发射光谱(图4)，可探测到源自2H11/2能级的辐射跃迁发射和4S3/2能级的辐射跃迁发射。随着温度升高，2H11/2能级的辐射跃迁发射强度迅速增加，而4S3/2能级的辐射跃迁发射强度只发生微弱变化，以两者荧光强度比作为测温参数(图5)，在298K～798K(25～525℃)温度范围内，得到纳米玻璃陶瓷材料的灵敏度为1.35％K-1。实施例2：将CaF2、ZnO、NH4H2PO4、H3BO3、Yb2O3、Er2O3粉体，按摩尔百分比25CaF2：25ZnO：10P2O5：40B2O3，外加1Yb2O3、0.08Er2O3的配比(摩尔百分比)计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨15分钟以上使其均匀混合，然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1150℃后保温1小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入420℃预热的铜模中成形，将成形的玻璃放入420℃保温的马弗炉中退火10小时后随炉冷却，得到基质玻璃；将获得的基质玻璃放入热处理电阻炉中，在660℃保温2小时，得到氟磷灰石纳米玻璃陶瓷，经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.28％K-1。实施例3：将CaF2、ZnO、NH4H2PO4、H3BO3、Yb2O3、Er2O3粉体，按摩尔百分比25CaF2：25ZnO：10P2O5：40B2O3，外加1Yb2O3、0.06Er2O3的配比(摩尔百分比)计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨15分钟以上使其均匀混合，然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1150℃后保温1小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入420℃预热的铜模中成形，将成形的玻璃放入420℃保温的马弗炉中退火10小时后随炉冷却，得到基质玻璃；将获得的基质玻璃放入热处理电阻炉中，在670℃保温4小时，得到氟磷灰石纳米玻璃陶瓷，经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.32％K-1。实施例4：将CaF2、ZnO、NH4H2PO4、H3BO3、Yb2O3、Er2O3粉体，按摩尔百分比25CaF2：25ZnO：10P2O5：40B2O3，外加1.5Yb2O3、0.02Er2O3的配比(摩尔百分比)计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨15分钟以上使其均匀混合，然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1150℃后保温1小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入420℃预热的铜模中成形，将成形的玻璃放入420℃保温的马弗炉中退火10小时后随炉冷却，得到基质玻璃；将获得的基质玻璃放入热处理电阻炉中，在660℃保温4小时，得到氟磷灰石纳米玻璃陶瓷，经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.17％K-1。实施例5：将CaF2、ZnO、NH4H2PO4、H3BO3、Yb2O3、Er2O3粉体，按摩尔百分比25CaF2：25ZnO：10P2O5：40B2O3，外加0.5Yb2O3、0.04Er2O3的配比(摩尔百分比)计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨15分钟以上使其均匀混合，然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1150℃后保温1小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入420℃预热的铜模中成形，将成形的玻璃放入420℃保温的马弗炉中退火10小时后随炉冷却，得到基质玻璃；将获得的基质玻璃放入热处理电阻炉中，在660℃保温2小时，得到氟磷灰石纳米玻璃陶瓷，经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.09％K-1。实施例6：将CaF2、ZnO、NH4H2PO4、H3BO3、Yb2O3、Er2O3粉体，按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光学测温的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料，包括至少含有CaF2、ZnO、P2O5和B2O3的氧化物玻璃基体，其特征在于：所述氧化物玻璃基体中还含有均匀分布的掺杂了Yb

【技术特征摘要】
1.一种用于光学测温的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料，包括至少含有CaF2、ZnO、P2O5和B2O3的氧化物玻璃基体，其特征在于：所述氧化物玻璃基体中还含有均匀分布的掺杂了Yb3+和Er3+的Ca5(PO4)3F纳米晶体。2.根据权利要求1所述的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料，其特征在于所述Yb3+和Er3+的掺杂比例是：占所述氧化物玻璃基体总量0.5～1.5mol％的Yb2O3和0.04～0.08mol％的Er2O3。3.根据权利要求1或2所述的氟磷灰石纳米玻璃陶瓷材料，其特征在于：所述氧化物玻璃基体的组成中至少含有15～25mol％的CaF2、25...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国华，刘丽敏，刘翔宇，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45