用于荧光温度探针的透明玻璃陶瓷材料及制备方法与流程

本发明属于固体发光材料领域，具体涉及一种用于荧光温度探针的透明玻璃陶瓷材料。

背景技术：

目前，温度测量方法主要分为接触式和非接触式测温法。接触式测温利用热交换来实现热平衡条件，这种测量方式需要与待测物体进行直接接触，因此会受到很大的限制，而非接触式测温则可以在一些特殊环境中替代传统接触式测温，完成接触式测温难以完成的测量工作。

近年来出现了一种新颖的非接触式测温技术——荧光温度探测技术，该技术采用发光材料作为温度探针，通过测量材料的荧光性质随温度的变化来进行温度探测。这种荧光温度探测技术的关键点就是作为温度探针的荧光材料，一般而言，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。目前公开的作为温度探针的荧光材料，其发光强度随温度变化的灵敏度还不够高，或者测温区范围不够宽。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，测温区范围仅为60～200℃。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有荧光材料测温区范围窄或者温度反应灵敏度不够高等不足，提供一种既有宽范围的测温区、同时保证足够的温度反应灵敏度、用于荧光温度探针的透明玻璃陶瓷材料及其制备方法。本发明提供的材料测温区范围达到30～480℃，灵敏度也达到了1～1.35％k^-1。

本发明提供的透明玻璃陶瓷材料为：氧化物玻璃基体中含有均匀分布的掺杂了yb³⁺和er³⁺的naznpo4晶体，所述氧化物玻璃基体组成中至少包括了na2o、zno、p2o5、b2o3和sb2o3。所述透明玻璃陶瓷材料的制备原料中，各氧化物比例的优选值分别为：19～23mol％的na2o；36～44mol％的zno；26～32mol％的p2o5；8～10mol％的b2o3；0.9～1.1mol％的sb2o3；外加占上述氧化物总量0.5～1.5mol％的yb2o3和0.02～0.08mol％的er2o3。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1300～1400℃，保温1～2小时；然后将所得玻璃熔液快速倒入400～420℃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560～600℃保温2～6小时使之发生晶化。

附图说明

图1是本发明实施例样品的透射光谱图。

图2是本发明实施例样品的x射线衍射图。

图3是本发明实施例样品的透射电镜照片。

图4是本发明实施例样品的温度相关发射光谱图。

图5是本发明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发明做进一步的说明。

实施例1：将na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉体，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩尔百分比)，外加1yb2o3、0.05er2o3(摩尔百分比)的配比计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨1小时以上使其均匀混合，然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1300℃后保温2小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入400℃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580℃保温4小时，得到透明玻璃陶瓷。

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naznpo4晶相(图2)；透射电镜观察证实玻璃陶瓷中有大量尺寸为20nm左右的naznpo4颗粒均匀分布于基体中(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303k～753k(30～480℃)温度范围内，得到玻璃陶瓷的灵敏度为1.35％k^-1。

实施例2：将na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉体，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩尔百分比)，外加1.5yb2o3、0.08er2o3(摩尔百分比)的配比计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨1小时以上使其均匀混合，然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1400℃后保温1小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入400℃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560℃保温2小时，得到透明玻璃陶瓷，经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.28％k^-1。

实施例3：将na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉体，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩尔百分比)，外加1yb2o3、0.08er2o3(摩尔百分比)的配比计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨1小时以上使其均匀混合；然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1400℃后保温1.5小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入400℃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600℃保温2小时，得到透明玻璃陶瓷，经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.15％k^-1。

实施例4：将na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉体，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩尔百分比)，外加1.5yb2o3、0.02er2o3(摩尔百分比)的配比计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨1小时以上使其均匀混合；然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1400℃后保温2小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入400℃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560℃保温4小时，得到透明玻璃陶瓷，经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.0％k^-1。

实施例5：将na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉体，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩尔百分比)，外加0.5yb2o3、0.04er2o3(摩尔百分比)的配比计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨1小时以上使其均匀混合；然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1300℃后保温2小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入400℃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580℃保温2小时，得到透明玻璃陶瓷；经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.12％k^-1。

实施例6：将na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉体，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩尔百分比)，外加1yb2o3、0.05er2o3(摩尔百分比)的配比计算称量后置于玛瑙研钵中，研磨1小时以上使其均匀混合；然后置于坩埚中，于高温电阻炉中加热到1350℃后保温2小时，使其充分熔融；然后，将玻璃熔液快速倒入400℃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580℃保温6小时，得到透明玻璃陶瓷；经测试，玻璃陶瓷的灵敏度为1.30％k^-1。

上述各实施例中，21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩尔百分比)的比例并非是唯一的限定值，本领域技术人员知晓，上述各组分是构成基质玻璃的基本组分，各组分比例值在±10％范围内变动都是可行的，并不会对本发明的最终效果产生不利影响。