一种高灵敏性的光学温度传感材料及其制备方法和应用

本发明涉及玻璃合成，具体涉及一种高灵敏性的光学温度传感材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、非接触式测温技术具有不与被测物体直接接触、可测量运动的物体、实时测量物体的温度以及高灵敏度等优异的特点，可以满足该类需求。非接触式测温技术主要包括拉曼测温法、红外测温法和荧光测温技术。拉曼测温法是根据单色光非弹性散射的原理，可探测微小物体的温度，但是测温所需要的时间长、探测荧光信号弱；红外测温法是依据普朗克黑体辐射原理，可提供测温图像，但是空间分辨率低；荧光测温技术具有高灵敏、响应快、寿命长以及可实现动态测温等优异的测温特性，相比其它非接触式测温技术更加可靠，而基于玻璃氧化物的荧光测温，其机械强度高、化学稳定性能好，最大声子能量较低。

2、然而现有的基于玻璃氧化物的荧光测量，其测温范围通常为27~300℃，灵敏度为0.72%~1.1%，响应度不高。因此，开发新的可用于测温的重金属氧化物玻璃，并提高其检测的灵敏度，具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的技术问题，本发明提供了一种新的光学温度传感材料，该材料为重金属氧化物玻璃，其发光性强，性能优异。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种高灵敏性的光学温度传感材料，所述材料由la2o3、tio2、ga2o3、zro2、er2o3、yb2o3按照物质的量之比（12~14）：（60~70）：（13~17）：（3~7）：0.5：（2~4）组成。

4、作为一种优选的实施方式，la2o3、tio2、ga2o3、zro2、er2o3、yb2o3的纯度为99.99%。

5、作为一种优选的实施方式，所述材料为片状材料，所述片状材料的质量为250mg/个。

6、作为一种优选的实施方式，所述材料为片状材料，所述材料的厚度为1.0mm或0.5mm。

7、本发明还提供了上述高灵敏性的光学温度传感材料的制备方法，包括以下步骤：

8、将la2o3、tio2、ga2o3、zro2、er2o3、yb2o3按照上述的比例进行配比称重，并用酒精充分研磨，混合均匀后压制成片，然后在马弗炉中烧结，冷却；

9、将压片样品放在气悬浮炉的喷嘴中，通入空气使样品保持悬浮状态，打开激光对准样品中心区域进行加热，使熔体快速地凝固成一个玻璃球，随后在马弗炉中进行退火，双抛后即得。

10、作为一种优选的实施方式，马弗炉中烧结的条件为1000~1200℃、9~11h；马弗炉中退火条件为700~740℃、8~12h。

11、作为一种优选的实施方式，气悬浮气流为5.4~5.6ni/min，激光器电压为1.4~1.6v。

12、本发明还提供了上述材料在荧光光纤温度传感器中的应用。如可利用其优异性质制备荧光光纤温度传感器，如图13所示，包括荧光发光玻璃片、套管、光纤耦合器、光纤、泵浦光源和光谱分析仪组成，荧光发光玻璃片与光纤粘结固定，套管包裹在荧光发光玻璃片与光纤的端部上，光纤与光纤耦合器相连，泵浦光源和光谱分析仪分别再通过一条光纤与光纤耦合器连接。材料部分可以利用玻璃片，也可以利用将制得的玻璃微珠嵌在管帽里面，更好的抗力学冲击。

13、本发明通过选用特定重金属原料及配比，使得制备得到的重金属氧化物玻璃，具有非常高的折射率、良好的透过率、极佳的热稳定性和良好的机械性能，是一种理想的上转换发光玻璃材料。进一步，通过表征样品的光学温度传感特性，表明了该重金属氧化物玻璃具有宽测温范围、高灵敏性；通过强磁场实验，证明了其具有非常优异的抗干扰性能，材料的灵敏度分别为1.2%（样品厚度：1.0mm）和2.4%（样品厚度：0.5mm），高于目前大部分荧光测温材料，是一种可用于航空航天等极端条件，且灵敏度高的光学温度传感材料。

技术特征：

1.一种高灵敏性的光学温度传感材料，其特征在于，所述材料由la2o3、tio2、ga2o3、zro2、er2o3、yb2o3按照物质的量之比（12~14）：（60~70）：（13~17）：（3~7）：0.5：（2~4）组成。

2.根据权利要求1所述的高灵敏性的光学温度传感材料，其特征在于，la2o3、tio2、ga2o3、zro2、er2o3、yb2o3的纯度为99.99%。

3.根据权利要求1所述的高灵敏性的光学温度传感材料，其特征在于，所述材料为片状材料，所述片状材料的质量为250mg/个。

4.根据权利要求1所述的高灵敏性的光学温度传感材料，其特征在于，所述材料为片状材料，所述材料的厚度为1.0mm或0.5mm。

5.权利要求1~4任一项所述的高灵敏性的光学温度传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，马弗炉中烧结的条件为1000~1200℃、9~11h；马弗炉中退火条件为700~740℃、8~12h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，气悬浮气流为5.4~5.6ni/min，激光器电压为1.4~1.6v。

8.权利要求1~4任一项所述的材料在荧光光纤温度传感器中的应用。

技术总结
本发明涉及玻璃合成技术领域，具体涉及一种高灵敏性的光学温度传感材料及其制备方法和应用。该光学温度传感材料由La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、TiO<subgt;2</subgt;、Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、ZrO<subgt;2</subgt;、Er<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Yb<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;按照物质的量之比（12~14）：（60~70）：（13~17）：（3~7）：0.5：（2~4）组成。该材料具有非常高的折射率、良好的透过率、极佳的热稳定性和良好的机械性能，是一种理想的上转换发光玻璃材料。通过表征样品的光学温度传感特性，该重金属氧化物玻璃具有宽测温范围、高灵敏性；通过强磁场实验，证明了其具有非常优异的抗干扰性能，材料的灵敏度分别为1.2%（样品厚度：1.0mm）和2.4%（样品厚度：0.5mm），高于目前大部分荧光测温材料，是一种可用于航空航天等极端条件，且灵敏度高的光学温度传感材料。

技术研发人员：赵洪阳,陆继启,吴锋,张雁,付秋明,张明辉,毛召召
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21