一种镁铒镱三掺杂铌酸钠及其制备方法和在光学温度传感器中的应用与流程

本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种镁铒镱三掺杂铌酸钠及其制备方法和在光学温度传感器中的应用。

背景技术：

基于荧光强度比技术（fir，fluorescenceintensityratio）的光学温度传感器近年来已经成为非接触式温度传感器中的研究热点之一。fir技术是利用温度与两个热耦合能级荧光强度比的变化依赖关系而工作的，当升高温度的时候，热耦合能级对中低能级可以通过准热平衡反布局高能级，改变两个能级之间的荧光强度比。fir技术具有非接触、高准确度和灵敏性及高抗干扰的优点，因此可以应用于苛刻的环境中，例如，高压电站和炼油厂。目前还未有铌酸钠材料可直接应用于温度传感器中的报道，因此，首次开发一种应用于光学温度传感器的镁铒镱三掺杂铌酸钠具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中铌酸钠应用范围受限的缺陷和不足，提供一种镁铒镱三掺杂铌酸钠在光学温度传感器中的应用。本发明研究发现镁铒镱三掺杂铌酸钠，在980nm激光激发下通过热耦合能级⁴s3/2和²h11/2到基态⁴i15/2辐射跃迁分别发射出峰位位于535nm和556nm上转换绿光。利用fir技术，两个上转换绿光荧光强度比随温度的升高而变大，满足光学温度传感器的应用要求，并得到其最大灵敏度为0.0054k^-1。

本发明的另一目的在于提供一种镁铒镱三掺杂铌酸钠的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的一种镁铒镱三掺杂铌酸钠。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种镁铒镱三掺杂铌酸钠在光学温度传感器中的应用。

本发明研究发现镁铒镱三掺杂铌酸钠，在980nm激光激发下通过热耦合能级⁴s3/2和²h11/2到基态⁴i15/2辐射跃迁分别发射出峰位位于535nm和556nm上转换绿光。利用fir技术，两个上转换绿光荧光强度比随温度的升高而变大，满足光学温度传感器的应用要求，并得到其最大灵敏度为0.0054k^-1。

优选地，所述锂铒镱三掺杂铌酸钠中铒离子具有符合fir技术的热耦合能级⁴s3/2和²h11/2。

一种镁铒镱三掺杂铌酸钠的制备方法，包括如下步骤：

s1：将铒源、镱源、铌源、镁源和钠源溶解于溶剂中到混合溶液；所述铒源、镱源、铌源、镁源和钠源的摩尔比为1~1.658:2.984~3.333:53.32~54.52:11.12~111.2:1668；所述溶剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述水和乙二醇的体积比为1:1~4。

s2：所述混合溶液于260~270℃下反应24~48h，过滤，干燥后得固体粉末；

s3：将所述固体粉末于900~1050℃下煅烧0.5~2h，即得到镁铒镱三掺杂铌酸钠。

本发明采用溶剂热制备镁铒镱三掺杂铌酸钠，选择特定配比的水和乙二醇混合溶剂作为反应溶剂，得到了镁铒镱三掺杂铌酸钠。本发明观察到在980nm激光激发下，镁铒镱三掺杂铌酸钠发射出峰位位于535nm和556nm的上转换绿光；并且随着温度的升高，峰位位于535nm上转换绿光发光强度增强，而556nm峰位上转换绿光发光强度则下降；通过fir技术拟合得到镁铒镱三掺杂铌酸钠的最大灵敏度为0.0054k^-1，具有适宜光学温度传感器的应用潜力。

现有常规的铒源、镱源、铌源、镁源和钠源均可用于本发明中。

优选地，所述铒源为五水硝酸铒或四水醋酸铒中的一种或几种。

优选地，所述镱源为五水硝酸镱或醋酸镱中的一种或几种。

优选地，所述铌源为五氧化二铌。

优选地，所述镁源为六水氯化镁。

优选地，所述钠源为氢氧化钠。

优选地，所述铒源、镱源、铌源、镁源和钠源的摩尔比为1.005:3.016:54.52:111.2:1668。

优选地，s1中所述水和乙二醇的体积比1:1。

优选地，s2中反应的温度为270℃，时间为24h。

优选地，s2中干燥的温度为70℃，时间为10h。

优选地，s3中煅烧的温度为1050℃，时间为2h。

一种镁铒镱三掺杂铌酸钠，通过上述制备方法制备得到。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明首次采用溶剂热方法制备镁铒镱三掺杂铌酸钠并将其应用于光学温度传感器中，其中铒离子具有满足fir技术的热耦合能级，通过对上转换绿光光谱拟合得到荧光强度比和温度的依赖关系：fir=13.151*exp(-1328.43/t)+0.068，其中∆e/k=1328.43最大灵敏度为0.0054k^-1。在本发明中，过渡金属镁离子用于提高上转换发光效率。

附图说明

图1是实施例1提供的镁铒镱三掺杂铌酸钠的xrd谱图；

图2是实施例1提供的镁铒镱三掺杂铌酸钠在不同温度下的上转换荧光光谱图；

图3是实施例1提供的镁铒镱三掺杂铌酸钠的fir图；

图4是实施例1提供的镁铒镱三掺杂铌酸钠的温度灵敏度图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种镁铒镱三掺杂铌酸钠，其通过如下制备方法制备得到。

1.称取0.1218g的五水硝酸镱和0.0401g的五水硝酸铒溶解于40ml去离子水与40ml乙二醇的混合溶液中。

2.依次向上述溶液中加入1.3124g的六水氯化镁、6g的氢氧化钠和1.3029g的五氧化二铌，搅拌均匀。

3.将混合溶液移至反应釜中，放置于270℃干燥箱中加热24h。

4.加热完毕后，取出反应釜，将混合液过滤，所得固体粉末在80℃下干燥12h。

5.将干燥完的固体粉末移至马弗炉中1050℃煅烧2h。

图1是本实施例1所制备的镁铒镱三掺杂铌酸钠的xrd图。如图所示，因为掺杂镁离子，因此在42°与62°出现两个氧化镁的特征峰，其余的峰与铌酸钠的标准卡片pdf#33-1270完全一致，说明所合成样品为铌酸钠。

图2是本实施例1所制备的镁铒镱三掺杂铌酸钠在不同温度下的上转换荧光光谱图。如图所示，在980nm激光激发下，样品可以上转换出峰位位于535nm和556nm可见绿光，且在不同温度下可以呈现出有规律的强度变化；当温度上升是，峰位位于535nm上转换绿光随温度增加而强度提高；而556nm上转换绿光则与之相反。

图3是本实施例1所制备的镁铒镱三掺杂铌酸钠的荧光强度比与温度关系图。通过计算不同温度下峰位位于535nm与556nm上转换绿光荧光强度的比例，通过模拟得方程fir=13.151*exp(-1328.43/t)+0.068，其中∆e/k=1328.43。

图4是本实施例1所制备的镁铒镱三掺杂铌酸钠的温度灵敏度图。如图所示，其灵敏度随着温度上升逐渐提高，最大灵敏度为0.0054k^-1。

实施例2

本实施例提供一种镁铒镱三掺杂铌酸钠。其制备方法基本与实施例1中的方法一致，区别在于：步骤1中的五水硝酸镱总量为0.1346g，五水硝酸铒总量为0.0399g；步骤2中六水氯化镁总量为0.1312g，五氧化二铌总量为1.2932g。该方法制备得到的镁铒镱三掺杂铌酸钠的性能与实施例1类似。

实施例3

本实施例提供一种镁铒镱三掺杂铌酸钠。其制备方法基本与实施例1中的方法一致，区别在于：步骤1中的五水硝酸镱总量为0.1205g，五水硝酸铒总量为0.0661g；步骤2中五氧化二铌总量为1.2839g。该方法制备得到的镁铒镱三掺杂铌酸钠的性能与实施例1类似。

该方法制备得到的镁铒镱三掺杂铌酸钠的性能与实施例1类似。

实施例4

本实施例提供一种镁铒镱三掺杂铌酸钠。其制备方法基本与实施例1中的方法一致，区别在于：步骤5中煅烧的温度为900℃，煅烧的时间为0.5h。

该方法制备得到的镁铒镱三掺杂铌酸钠的性能与实施例1类似。

实施例5

本实施例提供一种镁铒镱三掺杂铌酸钠。通过如下方法制备得到。

1.称取0.1145g的醋酸镱和0.0377g的四水醋酸铒溶解于16ml去离子水与64ml乙二醇的混合溶液中。

2.依次向上述溶液中加入1.3124g六水氯化镁、6g的氢氧化钠和1.3029g的五氧化二铌，搅拌均匀。

3.将混合溶液移至反应釜中，放置于260℃干燥箱中加热48h。

4.加热完毕后，取出反应釜，将混合液过滤，所得固体粉末在80℃下干燥12h。

5.将干燥完的固体粉末移至马弗炉中1050℃煅烧2h。

该方法制备得到的镁铒镱三掺杂铌酸钠的性能与实施例1类似。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。