一种无稀土荧光温感材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及荧光粉及温度探测材料等领域。

背景技术：

传统接触式温度探测工具如热电偶、水银温度计等需要设备与待测物体接触，无法进行远程及恶劣环境下的温度测量，并且当待测物体尺寸小于探测工具时，测量误差很大。而非接触式测温具有快速响应，空间分辨率高，可用远程测量等特点，可以更好地满足测量需求。目前已经投入使用的有红外测温仪，但是红外线不能穿透玻璃，对绝大多数显微器件无法测量，限制了其应用。基于以上现状，荧光强度比型温感材料吸引了科研人员的广泛关注。它是将具有多个发射峰的荧光材料作为温度探针，利用两个发射峰的荧光强度比随温度的变化来测量温度。这类荧光温度传感器比红外测温仪信噪比更高，对设备要求较低，具有更为广阔的应用前景。目前，这一领域研究得最多的就是掺稀土离子(er³⁺，tm³⁺，ho³⁺)等的无机荧光材料，这类材料都必须使用昂贵的稀土源，并且在高温区域(150℃以上)绝对灵敏度最高不超过0.015k^-1(k为绝对温度单位：开尔文)，还不能满足实际应用的需求。

在本发明中，我们发明了一种新型的无稀土荧光温度传感材料：sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7荧光粉。在这个材料当中，sn²⁺产生强烈的蓝光发射，mn²⁺在sn²⁺的敏化作用下也产生明亮的红光发射，两个发射峰分别位于460nm和575nm，具有良好的信号甄别度。这两个发射峰的荧光强度比随温度变化而变化，在150℃～350℃温度范围内，其测温灵敏度是已报道材料的几倍甚至数十倍，在350℃时，最高绝对灵敏度达到了0.027k^-1，是该温度下绝对灵敏度最高的荧光温度传感材料。此外，本发明提出的sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7荧光粉无须使用昂贵的稀土源，原料成本较低，合成工艺简单，因此，本发明的材料在制备成本上具有显著优越性。

技术实现要素：

本发明提出一种荧光温度传感材料：该荧光温度传感材料组成为sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7，其特征是在正交晶相的α-sr2p2o7基质中掺入sn²⁺离子和mn²⁺离子。

本发明sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7荧光温度传感材料制备方法特征为：

将1.95毫摩尔的srco3，2毫摩尔的nh4h2po4，0.06毫摩尔sno以及0.04毫摩尔mno在玛瑙研钵中均匀混合，充分研磨40分钟，装入刚玉坩埚中，碳粉包埋后放入箱式炉内，950℃下煅烧4小时。

本发明荧光粉应用于温度测量：

用波长为260纳米的紫外光照射该荧光粉，粉体呈现两个宽带荧光发射峰，发射带中心分别位于575纳米和460纳米，如图1所示。这两个峰的强度在20℃到350℃的温度范围内(绝对温度293到623k)随温度变化有显著不同(如图2所示)，其比值与温度倒数成指数关系(如图3所示)。通过测量sn²⁺与mn²⁺发射的荧光强度比就可以标定出材料所处环境的温度。

值得注意的是，通过实际温度测量计算我们发现该材料的荧光温度绝对灵敏度最高达到0.027k^-1(如图4所示)，较之于目前已报道的其他荧光温感材料有显著提高。此外，本发明的制备方法是基于简单的固相反应法，采用廉价的碳粉作为还原剂，在较低温度下合成得到，与传统的采用h2还原法，将氧化物原料在1100℃以上的高温下热处理制备荧光粉的方法相比，本发明的材料在制备成本方面具有显著优越性。

附图说明

图1、sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7荧光粉在不同温度下的发光光谱；

图2、sn²⁺发射峰与mn²⁺发射峰强度分别随温度变化；

图3、发射峰强度比与温度倒数的指数关系图；

图4、计算得出的绝对灵敏度曲线。

具体实施方式

实例1:sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7荧光粉的合成

称取281.2毫克的srco3，230毫克nh4h2po4，8.1毫克sno，2.84毫克mno在研钵中均匀混合并研磨40分钟，装入刚玉坩埚中，碳粉包埋后放入箱式炉内，950℃下煅烧4小时。x射线粉末衍射分析表明：产物晶相与正交晶相的sr2p2o7符合，掺杂sn²⁺离子与mn²⁺离子并未引入其他杂相。

实例2：sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7荧光粉的应用

用紫外光(波长260纳米)照射sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7荧光粉；用fls920荧光光谱仪测量sn²⁺/mn²⁺:α-sr2p2o7中sn²⁺与mn²⁺的荧光发射强度；计算强度比数值；然后在图3所给的指数图中比对，即可标定出待测物的温度。

技术特征：

技术总结
本发明提出了一种非接触式无稀土Sn2+/Mn2+:α‑Sr2P2O7荧光温度传感材料及其制备方法与应用。这种荧光材料具有两个相隔较远的发射峰，分别位于460纳米和575纳米，有良好的信号甄别度；并且，这两个峰强度比值随温度变化十分明显，其绝对灵敏度在150℃～350℃范围内比已报道的荧光温度传感材料有显著提高；此外，该材料合成工艺简单，原料价格便宜，因此，是一种极具应用前景的荧光温度传感材料。

技术研发人员：高妍;程遥;王元生
受保护的技术使用者：中国科学院福建物质结构研究所
技术研发日：2017.08.29
技术公布日：2018.01.19