具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料及其制备方法和应用

本发明属于荧光材料，具体涉及具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、发光比率测温技术作为一种先进的非接触式光学测温技术，引起了人们的极大兴趣，其利用发光材料的热响应光谱特性，在恶劣条件下以高分辨率提供准确、快速的温度读数。在各种非接触式光学测温技术中，基于不同温度响应性发光中心的发光强度比(lir)技术因其精度高、操作简单和抗干扰能力强，而成为最受欢迎的技术。

2、目前，光学测温技术主要通过红外测温和单一稀土发光离子热耦合能级发光强度比测温。但是红外测温受到干扰环境影响时会出现测温误差大、灵敏度低的问题。而对于稀土离子热耦合能级发光强度比测温技术而言，需要满足热耦合的条件，即热耦合能级的能级间隔必须介于200cm-1～2000cm-1之间。因此，热耦合条件限制了单一稀土发光离子热耦合能级发光强度比测温方案的探测灵敏度和信号检测甄别度的进一步提升。

3、共掺杂中两个稀土离子发光中心可以克服上述现有技术缺陷，因而提供一种新颖的、高灵敏度、高信号甄别度的光学测温方法。然而，荧光粉中普遍存在的高温热猝灭现象会严重影响荧光材料应用在非接触式光学测温领域的性能，使其测温范围窄，探测灵敏度低。例如，专利cn202110246350.6中公开了基于铈、铕激活硅铝酸盐的发光材料及制备方法和应用，其中由于荧光粉的高温热猝灭，使其测温范围的最高温度仅425k，并且绝对灵敏度仅0.0188k-1，相对灵敏度仅1.35％k-1。可见，严重的高温热猝灭效应会大大降低测温性能，严重限制了高灵敏度非接触式光学温度传感技术的发展。遗憾的是，克服高温热猝灭效应并同时实现非接触式光学温度传感技术的应用，是一项相当具有挑战性的工作。因此必须探索新的方法并制定策略，以保持甚至提高荧光粉在高温下的发光性能，从而实现非接触式光学温度传感技术。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出了具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料及其制备方法和应用，应用于非接触温度传感器中，可有效扩宽测温范围，并提升探测灵敏度。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料，其化学通式为：na3ca4-x-ytbxeuytep3o15，其中0.01≤x,y≤0.2。

4、所述具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料的制备方法，通过将元素na、ca、tb、eu、te、p以3：(4-x-y)：x：y：1：3的摩尔比对应的各原料混合研磨后，经微波固相合成得到na3ca4-x-ytbxeuytep3o15；其中0.01≤x,y≤0.2。

5、进一步地，微波固相合成的具体过程为：将研磨后样品放入微波固相反应炉中，升温至800℃～900℃，保温烧结15～40min，降温至室温后取出，研磨成粉末，得到na3ca4-x-ytbxeuytep3o15。

6、进一步地，元素na、ca、tb、eu、te、p分别对应na源化合物、ca源化合物、tb源化合物、eu源化合物、te源化合物和p源化合物。

7、进一步地，各原料具体为na2co3caco3、tb2o3、eu2o3、teo2和nh4h2po4。

8、进一步地，微波固相合成中以10℃/min～30℃/min的速率升温至800℃～900℃。

9、进一步地，升温过程中微波固相反应炉的设定功率最大值不高于1400w，最小值不低于500w。

10、进一步地，保温烧结过程中微波固相反应炉的设定功率最大值不高于1200w，最小值不低于500w。

11、进一步地，研磨时长不低于30min。

12、进一步地，研磨次数为多次，以降低粉末的团聚现象，消除对发光性能的影响。

13、本发明还提供了所述具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料以及所述制备方法所得具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料在非接触式温度传感器中的应用。

14、本发明的有益效果为：

15、1、本发明提出的具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料，具有优异的发光热稳定性，可以满足高温条件下工作的要求，随着环境温度的升高，发光强度呈现先上升后下降的趋势，表现出反热猝灭特性；

16、2、本发明提出的具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料可应用于非接触式温度传感器中，其中掺杂的铽离子(tb3+)和铕离子(eu3+)的发光中心分别位于545nm和617nm处，二者的发光强度与温度之间存在满足非接触式温度传感材料要求的函数关系；相比于高温热猝灭效应，共掺杂荧光材料呈现的反热猝灭特性可进一步扩宽非接触式温度传感器的测温范围，并显著提升测温灵敏度；

17、3、本发明的原材料价格便宜，生产成本低，操作简便，反应所需装置结构简单，适合大量工业化的生产；

18、4、优选地，在x＝0.2，y＝0.07时，所得具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料的发光热稳定性最优，应用于非接触式温度传感器中，其绝对灵敏度能够达到5.61×10-2k-1，相对灵敏度能够达到4.43％k-1。

技术特征：

1.具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料，其特征在于，其化学通式为：na3ca4-x-ytbxeuytep3o15，其中0.01≤x,y≤0.2。

2.具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料的制备方法，其特征在于，通过将元素na、ca、tb、eu、te、p以3：(4-x-y)：x：y：1：3的摩尔比对应的各原料混合研磨后，经微波固相合成得到na3ca4-x-ytbxeuytep3o15；其中0.01≤x,y≤0.2。

3.根据权利要求2所述具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料的制备方法，其特征在于，微波固相合成的具体过程为：将研磨后样品放入微波固相反应炉中，升温至800℃～900℃，保温烧结15～40min，降温至室温后取出，研磨成粉末，得到na3ca4-x-ytbxeuytep3o15。

4.根据权利要求3所述具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料的制备方法，其特征在于，微波固相合成中以10℃/min～30℃/min的速率升温至800℃～900℃。

5.根据权利要求2所述具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料的制备方法，其特征在于，元素na、ca、tb、eu、te、p分别对应na源化合物、ca源化合物、tb源化合物、eu源化合物、te源化合物和p源化合物。

6.根据权利要求2所述具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料的制备方法，其特征在于，各原料具体为na2co3 caco3、tb2o3、eu2o3、teo2和nh4h2po4。

技术总结
本发明公开了具有反热猝灭特性的共掺杂荧光材料及其制备方法和应用，属于荧光材料技术领域，通过将元素Na、Ca、Tb、Eu、Te、P以3：(4‑x‑y)：x：y：1：3的摩尔比对应的各原料混合研磨后，经微波固相合成得到共掺杂荧光材料Na<subgt;3</subgt;Ca<subgt;4‑x‑y</subgt;Tb<subgt;x</subgt;Eu<subgt;y</subgt;TeP<subgt;3</subgt;O<subgt;15</subgt;，其中0.01≤x,y≤0.2，具有优异的发光热稳定性，满足高温条件下工作的要求，随着环境温度的升高，发光强度呈现先上升后下降的趋势，表现出反热猝灭特性，应用于非接触式温度传感器中，可进一步扩宽非接触式温度传感器的测温范围，并显著提升测温灵敏度。

技术研发人员：付浩,宋睿童,王晨宁,严森,段仕浩,王若男
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22