一种铋辅助的非热耦合能级荧光测温材料及其制备方法

本发明涉及荧光温度传感，具体而言，涉及一种铋辅助的非热耦合能级荧光测温材料及其制备方法。

背景技术：

0、技术背景

1、实现精确的温度测量对各个领域的科学研究都至关重要，随着科技的进步，对测温的精准度越来越高，传统的测温技术已无法满足要求。为了满足日益增长的精准测温需求，荧光测温技术应运而生，并且凭借其非接触、精度高、响应快速等优点获得了大量关注。荧光测温技术是通过监测发光材料的荧光峰位、荧光强度、荧光强度比、荧光寿命、光谱线宽等光学参数与温度的依赖关系，在生物体液、快速移动系统、强电磁场等严苛条件下，利用荧光温度传感器实现快速响应，获取温度信息。其中，基于稀土离子热耦合能级的荧光强度比技术(fir)对测量条件的依赖较小，具有自校准特性，可有效减小由非温度参量引发的测量误差，然而，受玻尔兹曼分布的限制，基于热耦合能级的fir测温技术的测温范围、灵敏度和稳定性难以实现突破。为了破解这个困境，基于非热耦合能级的fir测温技术引起了广泛关注。

2、基于非热耦合能级的fir技术能够打破基于热耦合能级的fir技术中玻尔兹曼分布的限制，可用于多个发光中心存在的情况，并且提供很好的信号分辨率，有效地提高了温度测量的灵敏度。er3+，tm3+均能通过yb3+离子敏化，在980nm近红外光激发下，产生上转换发光现象。而由于其具有丰富的相近能级，在er3+，tm3+不同能级间存在能量传递现象，并且er3+、tm3+本身将竞争来自yb3+离子的泵浦能量以跃迁到激发态能级。此外，er3+，tm3+不同离子的热猝灭模型也有一定不同。因此，er3+，tm3+的上转换发光强度与温度具有依赖关系，可以结合如er3+：2h11/2，4s3/2与tm3+：1g4能级，作为一对非热耦合能级进行荧光测温。当在此测温基质掺杂bi3+离子时，bi3+离子能作为er3+，tm3+能量传递的纽带，通过tm3+→bi3+→er3+能量传递过程，bi3+的辅助加速了er3+，tm3+的能量传递过程，使其荧光强度比(fir)随温度变化更加显著，因此能显著提高荧光测温灵敏度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高效的荧光测温基质材料及其制备方法，在共掺杂稀土离子er3+/tm3+/bi3+时，能利用来自不同稀土离子的非热耦合能级对实现高灵敏度荧光强度比测温。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种自校准荧光测温材料，所述自校准荧光测温材料的化学通式为：yb2w2.5mo0.5o12：0.02er3+,xtm3+,ybi3+；其中，0.001≤x≤0.005，0＜y≤0.07；所述x，y仅表示er3+、bi3+摩尔含量，er3+、tm3+、bi3+不取代yb3+。

3、基于非热耦合能级的自校准荧光测温材料的制备方法，包括如下步骤：

4、1)按照化学通式yb2w2.5mo0.5o12：0.02er3+,xtm3+,ybi3+中各元素的化学计量比分别称取含镱化合物、三氧化钨、三氧化钼、氧化铒、氧化铥及含铋化合物。

5、2)将步骤1)所称取粉末放入玛瑙研钵中，研磨使其混合均匀，得混合物。

6、3)将步骤2)所得混合物置于刚玉坩埚后放入马弗炉中，进行高温烧结，冷却至室温。

7、4)将步骤3)所得固体样品放在玛瑙研钵中研磨，制得目标产物。

8、优选地，上述的制备方法，所述含镱化合物选自硝酸镱或氧化镱。

9、优选地，上述的制备方法，所述含铋化合物选自硝酸铋或氧化铋。

10、优选地，上述的制备方法，步骤2)中，研磨时间为30～60min。

11、优选地，上述的制备方法，步骤3)中，高温烧结的气氛为空气气氛。

12、优选地，上述的制备方法，步骤3)中，所述高温烧结，温度为900～1200℃，升温速率为3～5℃/min，煅烧时间为5～8h。

13、优选地，上述的制备方法，步骤4)中，研磨时间为5～10min。

14、本发明的效果及其优点：

15、本发明以yb2w2.5mo0.5o12为基质材料，其制备过程简便、安全环保。共掺杂er3+/tm3+/yb3+时，在近红外980nm波长的光激发条件下，不同温度的发射峰重叠小，利用er3+、tm3+的非热耦合能级荧光强度比，材料的荧光温度传感性能优异，可重复性好，可实现不同温度区间的高灵敏度、高精度测温。

技术特征：

1.一种铋辅助的非热耦合能级荧光测温材料，其特征在于，所述荧光测温材料的化学通式为：

2.权利要求1所述的一种自校准荧光测温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述含镱化合物选自硝酸镱或氧化镱。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述含铋化合物选自五水合硝酸铋或氧化铋。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，研磨时间为30～60min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，高温烧结的气氛为空气气氛。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述高温烧结，温度为900～1200℃，升温速率为3～5℃/min，煅烧时间为5～8h。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤4)中，研磨时间为5～10min。

技术总结
本发明涉及荧光温度传感技术领域，具体而言，涉及一种铋辅助的非热耦合能级荧光测温材料及其制备方法。所述荧光测温材料的化学通式为：Yb<subgt;2</subgt;W<subgt;2.5</subgt;Mo<subgt;0.5</subgt;O<subgt;12</subgt;：0.02Er<supgt;3+</supgt;,xTm<supgt;3+</supgt;,yBi<supgt;3+</supgt;；其中，0.001≤x≤0.005，0＜y≤0.07；所述x，y仅表示Er<supgt;3+</supgt;、Bi<supgt;3+</supgt;摩尔含量，Er<supgt;3+</supgt;、Tm<supgt;3+</supgt;、Bi<supgt;3+</supgt;额外加入，不按取代Yb<supgt;3+</supgt;计算。本发明的目的是获得高相对灵敏度和绝对灵敏度及高精度的荧光测温材料，在共掺杂稀土离子Er<supgt;3+</supgt;/Tm<supgt;3+</supgt;/Bi<supgt;3+</supgt;时，能利用非热耦合能级荧光强度比实现自校准荧光测温，该材料在近红外激光激发下，测温能级的发射峰不重叠，绝对温度灵敏度可达4.83％K<supgt;‑1</supgt;，相对温度灵敏度可达0.65％K<supgt;‑1</supgt;。

技术研发人员：王绩伟,梁炜,曹硕,刘雯,关百杰,王可心,闫强,高旭
受保护的技术使用者：辽宁大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16