一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料及其在温度测量中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料及其在温度测量中的应用。一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料，镁铝尖晶石荧光温度传感材料具有以下的化学通式：Mg1‑

【技术实现步骤摘要】
一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料及其在温度测量中的应用


[0001]本专利技术属于温度传感
，具体涉及一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料及其在温度测量中的应用。

技术介绍

[0002]温度是确定物质状态的重要物理量之一，无论在科学研究和工业生产还是日常生活中，精确的温度测量都是至关重要的。目前使用的温度传感器主要用三类：液体型温度计、热电偶型温度传感器和光学温度传感器。而液体型温度计、热电偶需要等通过与待测物体接触进行温度测量，难以甚至无法应用于易爆易燃、高电压、强电磁场、具有腐蚀性气体液体等特殊环境中，此外，这类接触式的温度计需要样品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，在一些微小样品测试中特别是当被测样品的体积小于热电偶的探头时，温度测量结果的准确性就会受到影响。目前，光学温度传感技术主要有红外测温和荧光测温两种。红外测温是通过不同的红外波长来确定红外测温仪的测量范围，能够应用于低中高全温区(
‑
30℃～3000℃)，但是，红外测温仪易受环境因素影响(环境温度，空气中灰尘等)，测温误差较大，灵敏度低。
[0003]荧光温度传感器凭借其独特的优点在生产生活的各个领域应用越来越广泛，如可实现非接触式测量、响应快速、灵敏度高、抗电磁干扰能力强，体积小、应用灵活、电绝缘性好等。荧光测温是通过发光材料的发光强度或寿命对温度的依赖性来实现，由于荧光寿命型传感器和荧光强度比(FIR)型温度传感器与系统的其他变量(如光源强度、吸收和散射截面、发光中心浓度、传输效率等)的变化无关,从而降低系统误差，因此这两种模式的荧光温度传感器具有良好的市场前景。在实际的应用中荧光温度传感材料除了具有高的灵敏度和宽的测温范围，测试结果的可重复性和可逆性也具有很重要的意义。
[0004]因此，开发一种测温重复性和可逆性良好的荧光温度传感方法具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于铈锰共掺杂的镁铝尖晶石发光特性的荧光温度传感材料及其在温度测量中的应用，该材料可被紫外光激发，发射峰位于紫外光和绿光波段，具有良好的温度敏感特性，该材料可以通过FIR和荧光寿命两种模式实现荧光温度传感，本专利技术提出的温度测试方法具有良好的重复性和可逆性。
[0006]本专利技术所采取的的技术方案是：一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料，镁铝尖晶石荧光温度传感材料具有以下的化学通式：Mg1‑
x
‑
y
Ce
x
Mn
y
Al2O4，0<x≤0.003，0<y≤0.20。
[0007]优选地，镁铝尖晶石荧光温度传感材料具有以下的化学通式：Mg1‑
x
‑
y
Ce
x
Mn
y
Al2O4，
0.001≤x≤0.003，0.02≤y≤0.20。
[0008]上述基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料的制备方法，包括如下步骤：以氧化镁、氧化铝、氧化铈和碳酸锰作为原料，按照化学计量比称取原料，将上述原料经充分研磨混合后放入反应容器，750℃
‑
850℃烧结1.5
‑
2.5h，冷却后取出进行破碎研磨，然后再放入反应容器，1450℃
‑
1550℃烧结5
‑
7h，自然冷却后，即得到荧光温度传感材料。
[0009]上述基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料的制备方法，包括如下步骤：以氧化镁、氧化铝、氧化铈和碳酸锰作为原料，按照化学计量比称取原料，然后将原料进行球磨，得到的浆料干燥后过200目筛；先用10
‑
40MPa的压力干压，然后再用200
‑
300MPa的压力冷等静压成型得到素坯；将素坯体置于真空炉中，在真空度0.8
×
10
‑3‑
1.2
×
10
‑3Pa和1700℃
‑
1800℃条件下保温1.5
‑
2.5h，得到烧结后的样品；烧结后的样品在1100℃
‑
1300℃氧化炉中退火处理11
‑
13h，得到荧光温度传感材料。
[0010]优选地，所述的球磨具体步骤为：选用玛瑙球作为磨球，去离子水作为球磨介质，原料：球：去离子水的质量比为1:10:5，球磨时间为40
‑
50h，球磨转速为1800
‑
2100rpm。
[0011]本专利技术还保护基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料在温度测量中的应用。
[0012]上述的保护基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料在温度测量中的应用，具体步骤为：
[0013](1)在不同温度下测试荧光温度传感材料的发射光谱或Ce
3+
的荧光寿命衰减曲线，并通过升温和降温循环多次连续测量，检测荧光强度比或荧光寿命在多次测量的过程中的重复性和可逆性，建立Mn
2+
和Ce
3+
荧光强度比随温度变化的标准工作曲线，或Ce
3+
的荧光寿命随着温度变化的标准工作曲线；
[0014](2)将荧光温度传感材料置于待测温度的环境中，测量荧光温度传感材料的发射光谱或Ce
3+
的荧光寿命衰减曲线，进而获得Mn
2+
和Ce
3+
荧光强度比值或Ce
3+
的荧光寿命，然后将Mn
2+
和Ce
3+
荧光强度比或Ce
3+
的荧光寿命数据代入步骤(1)所述的标准工作曲线中，从而得到待测环境的温度测量值，完成基于Ce
3+
和Mn
2+
在镁铝尖晶石中的发光特性的温度测量。
[0015]优选地，所述的Mn
2+
和Ce
3+
荧光强度比随温度变化的标准工作曲线方程为：
[0016][0017]其中：FIR为荧光强度比，T为绝对温度。
[0018]优选地，所述的Ce
3+
的荧光寿命随着温度变化的标准工作曲线方程为：
[0019]τ0/τ
T
＝1+79.48exp(
‑
2371.33/T)
[0020]其中，τ0为Ce
3+
在初始测试温度时的荧光寿命，τ
T
是Ce
3+
在某一测量温度下的荧光寿命，T为绝对温度。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0022]1、本专利技术提供的Ce
3+
和Mn
2+
共激活的尖晶石结构荧光温度传感材料物理化学性能稳定。在紫外光的激发下，本专利技术提供的Ce本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料，其特征在于，镁铝尖晶石荧光温度传感材料具有以下的化学通式：Mg1‑
x
‑
y
Ce
x
Mn
y
Al2O4，0<x≤0.003，0<y≤0.20。2.根据权利要求1所述的基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料，其特征在于，镁铝尖晶石荧光温度传感材料具有以下的化学通式：Mg1‑
x
‑
y
Ce
x
Mn
y
Al2O4，0.001≤x≤0.003，0.02≤y≤0.20。3.权利要求1或2所述的基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以氧化镁、氧化铝、氧化铈和碳酸锰作为原料，按照化学计量比称取原料，将上述原料经充分研磨混合后放入反应容器，750℃
‑
850℃烧结1.5
‑
2.5h，冷却后取出进行破碎研磨，然后再放入反应容器，1450℃
‑
1550℃烧结5
‑
7h，自然冷却后，即得到荧光温度传感材料。4.权利要求1或2所述的基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以氧化镁、氧化铝、氧化铈和碳酸锰作为原料，按照化学计量比称取原料，然后将原料进行球磨，得到的浆料干燥后过筛；先用10
‑
40MPa的压力干压5
‑
10min，然后再用200
‑
300MPa的压力冷等静压15
‑
30min成型得到素坯；将素坯体置于真空炉中，在真空度0.8
×
10
‑3‑
1.2
×
10
‑3Pa和1700℃
‑
1800℃条件下保温1.5
‑
2.5h，得到烧结后的样品；烧结后的样品在1100℃
‑
1300℃氧化炉中退火处理11
‑
13h，得到荧光温度传感材料。5.根据权利要求4所述的基于铈和锰掺杂的镁铝尖...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋红，李晓晴，李俊豪，孙瑞，周建邦，林利添，倪海勇，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：