适于超宽测温范围的荧光测温方法技术

本发明专利技术涉及荧光测温技术领域，尤其是涉及一种适于超宽测温范围的荧光测温方法。所述荧光测温方法包括如下步骤：(a)建立荧光温度传感材料基于Pr

【技术实现步骤摘要】
适于超宽测温范围的荧光测温方法


[0001]本专利技术涉及荧光测温
，尤其是涉及一种适于超宽测温范围的荧光测温方法。

技术介绍

[0002]温度是工业发展和科学研究中的一个基本热力学参数。传统的接触式温度传感器要求被测物体和传感器之间直接进行热传递和热平衡，这意味着需要较长的测量时间，且会导致与实际温度的偏差。随着对温度传感设备的特性要求越来越高，例如，对高电压电器设备，工业微波设备，石油开采设备等具有高电压，强电磁干扰，易燃易爆等特殊环境下的温度检测，热电偶以及热电阻等利用电信号来表征温度的传统传感元件无法满足对温度长期稳定的测量。而作为一种新型的测温技术，荧光温度传感器具有非接触式、高灵敏度、抗电磁干扰及使用寿命长等一系列优点。因此对荧光温度传感器的研究和开发具有重要的应用价值。
[0003]当前，基于稀土热耦合能级对和价带间电荷转移态荧光温度传感技术已经广泛应用于中低温区的温度传感。例如，2016年，南京工业大学Lu等人合成了Pr
3+
离子掺杂YAG透明陶瓷，利用3P0‑3H4和3P1‑3H6随温度变化的荧光强度比值，实现了测温范围为293～573K的荧光温度传感(Hu S.et al.,Opt.Mater.,2016,60,394
‑
397)；2020年葡萄牙Piegza等人高温烧结合成了La
0.4
Gd
1.6
Zr2O7：0.1％Pr
3+
透明陶瓷，随着温度的升高，3P0能级上电子多声子无辐射弛豫到1D2能级机率加剧，得到了测温范围为15～650K的荧光温度传感器(J.Trojan
‑
Piegza et al.,J.Mater.Chem.C,2020,8,7005
‑
7011)。
[0004]然而对于高温探测领域，受制于稀土离子荧光热淬灭，目前很少有荧光温度传感器测温范围能够突破800K。因此，开发一种新型高温荧光测温技术是非常有意义的。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种适于超宽测温范围的荧光测温方法，以解决现有技术中存在的荧光测温范围窄或荧光测温温度相对较低等技术问题。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]适于超宽测温范围的荧光测温方法，包括如下步骤：
[0009](a)建立荧光温度传感材料基于Pr
3+
的3P1→3F2跃迁和3P0→3F2跃迁的荧光峰强度比值随温度变化的标准曲线；
[0010](b)将所述荧光温度传感材料置于待测温度的环境中，测量所述荧光温度传感材料的荧光光谱，并计算出基于Pr
3+
的所述3P1→3F2跃迁和所述3P0→3F2跃迁的荧光峰强度比值，代入所述标准曲线中，计算得到待测环境的温度测量值；
[0011]其中，所述荧光温度传感材料为Pr
3+
掺杂的氧化物透明陶瓷，所述Pr
3+
的摩尔掺杂浓度为0.1％～10％。
[0012]相对于Pr
3+
传统的(3P1→3H5)/(3P0→3H5)热耦合能级对型荧光温度传感技术，本专利技术的荧光测温方法，利用3P0→3F2超灵敏跃迁和3P1→3F2跃迁作为研究对象，通过3P1和3P0能级电子随温度变化的重新分布，采用3P1→3F2跃迁和3P0→3F2跃迁荧光峰强度比值测量温度，具有发光强度高、发光热稳定性好等特点，能够实现至少在室温到873K温度范围内的温度探测。
[0013]本专利技术的荧光测温方法具有更高的测温极限，工作温度范围覆盖了高中低温温度检测，测温范围远大于目前已报道的荧光温度探测方法的测温方法。
[0014]在本专利技术的具体实施方式中，所述Pr
3+
的摩尔掺杂浓度为0.1％～6％，优选为0.1％～2％，更优选为0.1％～1％。
[0015]在本专利技术的具体实施方式中，所述氧化物透明陶瓷包括YAG、(Y
0.88
La
0.09
Zr
0.03
)2O3、Y2O3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3、(K,Na)NbO3、La
0.4
Gd
1.6
Zr2O7和Ba(Zr,Mg,Ta)O3中的至少一种。进一步的，所述氧化物透明陶瓷为Ba(Zr,Mg,Ta)O3。
[0016]在本专利技术的具体实施方式中，所述Ba(Zr,Mg,Ta)O3的组成为Ba(Zr
x
Mg
y
Ta
z
)O3，x+y+z＝1，y﹕z＝1﹕2，x为0.1～0.3。进一步的，所述x为0.1～0.2，优选为0.15～0.18。
[0017]在本专利技术的具体实施方式中，步骤(a)中，所述标准曲线的所述温度变化的范围为100～1273K，优选为273～873K。
[0018]在本专利技术的具体实施方式中，所述荧光的激发光源的波长为440～460nm，优选为445～455nm，如447nm、450nm等等。
[0019]在本专利技术的具体实施方式中，基于Pr
3+
的3P1→3F2跃迁的荧光峰的波长为624
±
5nm，基于Pr
3+
的3P0→3F2跃迁的荧光峰的波长为649
±
5nm。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0021](1)相对于Pr
3+
传统的(3P1→3H5)/(3P0→3H5)热耦合能级对型荧光温度传感技术，本专利技术的荧光测温方法，利用3P0→3F2超灵敏跃迁和3P1→3F2跃迁作为研究对象，有发光强度高，发光热稳定性好等特点；采用3P1→3F2跃迁和3P0→3F2跃迁荧光峰强度比值测量温度，能够实现更高的测温极限和更宽的测温范围；
[0022](2)本专利技术的荧光测温方法采用Pr
3+
掺杂的氧化物透明陶瓷，相较于微晶玻璃、玻璃陶瓷和单晶等透明材料，高温烧结的透明陶瓷有着极强的抗热冲击能力、优异的热化学稳定性和高断裂韧性，而且能够承受更强的光源激发和适应更恶劣的高温环境。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例1提供的荧光温度传感材料的X射线衍射图；
[0025]图2为本专利技术实施例1提供的荧光温度传感材料的荧光发光随温度的变化图；
[0026]图3为本专利技术实施例1提供的荧光温度传感材料的荧光峰强度比值FIR(I
624
/I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适于超宽测温范围的荧光测温方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)建立荧光温度传感材料基于Pr
3+
的3P1→3F2跃迁和3P0→3F2跃迁的荧光峰强度比值随温度变化的标准曲线；(b)将所述荧光温度传感材料置于待测温度的环境中，测量所述荧光温度传感材料的荧光光谱，并计算出基于Pr
3+
的所述3P1→3F2跃迁和所述3P0→3F2跃迁的荧光峰强度比值，代入所述标准曲线中，计算得到待测环境的温度测量值；其中，所述荧光温度传感材料为Pr
3+
掺杂的氧化物透明陶瓷，所述Pr
3+
的摩尔掺杂浓度为0.1％～10％。2.根据权利要求1所述的荧光测温方法，其特征在于，所述Pr
3+
的摩尔掺杂浓度为0.1％～6％；优选的，所述Pr
3+
的摩尔掺杂浓度为0.1％～2％；更优选的，所述Pr
3+
的摩尔掺杂浓度为0.1％～1％。3.根据权利要求1所述的荧光测温方法，其特征在于，所述氧化物透明陶瓷包括YAG、(Y
0.88
La
0.09
Zr
0.03
)2O3、Y2O3、(Pb,La)(Zr,Ti)O3、(K,Na)NbO3、La
0.4
Gd
1.6
Zr2O7和Ba(Zr,Mg,Ta)O3中的至少一种；优选的，所述氧化物透明陶瓷为Ba(Zr,Mg,Ta)O3。4.根据权利要求3所述的荧光测温方法，其特征在于，所述Ba(Zr,Mg,Ta)O3的组成为Ba(Zr
x
Mg
y
Ta
z
)O3；其中，x+y+z＝1，y﹕z＝1﹕2，x为0.1～0.3；优选的，所述x为0.1～0.2。5.根据权利要求3所述的荧光测温方法，其特征在于，所述Ba(Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹永革，文子诚，唐巍，左传东，李英魁，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：