基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料，其特征在于该温度传感材料化学组成通式为Ba9Y

【技术实现步骤摘要】
基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及温度传感
，尤其涉及一种基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]温度是基础的物理参数，能够反映物质和体系的基本状态，它的准确测量与科学研究、工业生产、生物治疗、气象监测密切相关。根据被测对象或体系的所处环境、温度分布范围，需要利用不同的测温方法。目前广泛应用的测温方法包括膨胀式测温、热电偶测温、热电阻测温以及辐射式测温。膨胀式测温虽然结构简单、造价低廉但是存在示数难以转变为电信号，难以集成进自动控制系统的问题。热电偶以及热电阻需要在被测点、参考点以及仪表之间建立物理连接，会在一定程度上影响测试准确性。因此，伴随电子信息技术高速的发展与进步，人们对温度传感器的特性提出了新的要求，以光学温度传感器技术为代表的非接触式温度探测逐渐成为了研究的重点。
[0003]荧光光谱测温方法属于辐射式测温，它是利用发光材料的某种特性，例如发射峰位置、荧光强度、偏振各向异性以及荧光寿命等随温度的变化而发生改变来标定温度。荧光强度比(FIR)测温技术采用2个或2个以上的发射峰，通过强度比值随温度的变化来标定温度。这种方式能够克服周边环境、激发光功率波动、荧光损失、光路传输过程损耗等非温度因素的影响，大大提高了温度测量的精准度和灵敏度。此外，该技术还适用于无法使用热电偶或热电阻的环境或存在强电磁干扰等场合下的精准温度测定。FIR测温技术为了符合玻尔兹曼分布规则来实现温度测量，TCL能极差应在200
>‑
2000cm
‑1间。已有报道中具有应用前景的单掺杂型的温度传感荧光粉主要以Er
3+
为发光中心，利用Er
3+
两个热耦合能级(4S
3/2
和2H
11/2
)发光的强度比来实现对温度的测量，但这两个热耦合能级都是绿光，颜色相近，难以通过颜色变化直观反应温度的变化。
[0004]另外，公开号为CN111534297A，名称为“三种分别基于不同羧酸配体的铕铽共掺荧光探针及薄膜在温度传感中的应用”的对比文件中记载了“分别基于4,4
‑
二羧基二苯醚
‑
铕铽共掺、对苯二甲酸
‑
铕铽共掺、4,4
‑
联苯二甲酸
‑
铕铽共掺的三种荧光探针，以及基于该三种荧光探针的薄膜，并为该三种薄膜寻找一种新的应用”，公开了掺杂铕铽的荧光探针，但是该专利文献所获得的荧光探针的灵敏度还需要进一步的提高，同时对比文件中所能应用检测的温度范围为25
‑
200℃，而高于200℃的温度传感材料的研究尚未报道；同时上述公开的对比文件中其是利用稀土离子作为中心离子，然后将有机小分子对其进行组装形成框架结构。该种成分材料因为有小分子有机成分，存在的缺陷是热稳定性不好，高温下容易破坏结构并无法在高温条件下应用。
[0005]因此，开发出一种新的基于FIR测温技术的温度传感材料具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料及其制备方法和应用，该温度传感材料具有高灵敏度、高信号甄别度特征，同时具有较宽的温度检测范围。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术进一步的技术方案为：
[0008]较为具体地，本专利技术第一方面提供了一种基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料，该温度传感材料化学组成通式为Ba9Y
1.94
‑
x
Si6O
24
:0.06Tb
3+
,xEu
3+
，x为掺杂铕离子的摩尔比系数，取值范围为：0.01≤x≤0.06。
[0009]较为具体地，本专利技术第二方面提供了一种基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料的制备方法，包含以下步骤：
[0010]步骤一:根据化合物的化学式Ba9Y
1.94
‑
x
Si6O
24
:0.06Tb
3+
,xEu
3+
，其中x＝0.01
‑
0.06,，按照化学计量比分别称取BaCO3、Y2O3、SiO2、Tb4O7、Eu2O3进行混合；
[0011]步骤二:对步骤一中的混合物进行研磨，得到研磨混合物；
[0012]步骤三:将所述研磨混合物高温烧结，得到块状板结物；
[0013]步骤四:将所述块状板结物冷却后研磨，最终制得温度传感材料。
[0014]作为优选，所述步骤一中，BaCO3、Y2O3、SiO2、Tb4O7、Eu2O3各种原料的摩尔比为9：(1.94
‑
x)/2：6：0.015：x/2。
[0015]作为优选，所述步骤三种高温烧结温度为1100
‑
1150℃度，烧结3
‑
5小时。
[0016]作为优选，所述高温烧结升温方式分为三个阶段，具体为：
[0017]第一阶段：以5℃/min的升温速度升温至200℃并保温40min；
[0018]第二阶段：以10℃/min的速度升温至1000℃，保持1h；
[0019]第三阶段：以10℃/min的速度升温至1100℃
‑
1150℃。
[0020]作为优选，所述烧结气氛为空气。
[0021]作为优选，所述步骤四中冷却降温的速率为10℃/min，直至降至室温。
[0022]较为具体地，本专利技术第三方面提供了基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料在光学测温上的应用，包含以下步骤：
[0023]步骤一：在不同温度下测试温度传感材料的发射光谱，建立三价铽和三价铕发光强度比值随温度变化的标准工作曲线；
[0024]步骤二：将温度传感材料置于待测温度的环境当中，测量温度传感材料的发射光谱，获得三价铽和三价铕发光强度比值；
[0025]步骤三：根据标准工作曲线查找待测温度环境中的发光强度比值，从而得到待测环境的温度测量值。
[0026]作为优选，所述步骤一中标准工作曲线方程为：
[0027][0028]其中，FIR为三价铽和三价铕发光强度比值，I541nm和I612nm分别为三价铽和三价铕的特征发射强度，T为绝对温度。
[0029]作为优选，所述步骤二中发光强度比值与绝对温度满足下列指数方程：
[0030][0031]其中，FIR为三价铽和三价铕发光强度比值，I541nm和I612nm分别为三价铽和三价铕的特征发射强度，A、B、C为常数，T为绝对温度。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0033]1)本专利技术选用硅酸盐结构的Ba9Y2Si6O
24
作为基质材料，是因为这种硅酸盐具有较好的热稳定性、化学稳定性和光转换率高等优点，因为Ba9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料，其特征在于，该温度传感材料化学组成通式为Ba9Y
1.94
‑
x
Si6O
24
:0.06Tb
3+
,xEu
3+
，x为掺杂铕离子的摩尔比系数，取值范围为：0.01≤x≤0.06。2.基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤一:根据化合物的化学式Ba9Y
1.94
‑
x
Si6O
24
:0.06Tb
3+
,xEu
3+
，其中x＝0.01
‑
0.06,，按照化学计量比分别称取BaCO3、Y2O3、SiO2、Tb4O7、Eu2O3进行混合；步骤二:对步骤一中的混合物进行研磨，得到研磨混合物；步骤三:将所述研磨混合物高温烧结，得到块状板结物；步骤四:将所述块状板结物冷却后研磨，最终制得温度传感材料。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，BaCO3、Y2O3、SiO2、Tb4O7、Eu2O3各种原料的摩尔比为9：(1.94
‑
x)/2：6：0.015：x/2。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤三种高温烧结温度为1100
‑
1150℃度，烧结3
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽，张志博，周威，李姝静，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：