CN105481254A - 具有转光和光温传感双功能的透明玻璃陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有转光和光温传感双功能的稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法。以稀土离子Er3+和Tm3+为发光中心，将其单掺或共掺在硅铝酸盐玻璃陶瓷前驱体中，在红外光激发下发出多频率的强烈荧光。其制备方法包括：(a)原料的选取，(b)配料的混合，(c)玻璃陶瓷熔制三个步骤。本发明制备的透明玻璃陶瓷不仅能够实现把红外光向可见光转换而且还能够实现光温传感性能，适合做良好的光温传感材料。本材料适合大面积工业生产。

Description

具有转光和光温传感双功能的透明玻璃陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及稀土材料合成技术领域，具体涉及一种光温传感用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法领域。
背景技术
生活中我们普遍用到的温度计是通过接触方式来测量物体表面的温度。但是，在许多特殊领域，例如：微电子器件内部、煤矿、高压电站的变压场所等，接触式的温度测量难以实现。因此，制备便宜的、非接触的、高精度的温度传感器是一种社会发展需要。这种非接触式的温度传感器是基于探测高温环境下发光物体的荧光光谱随温度的变化来实现温度的监控。为了实现这种光温传感，具有强烈荧光发射和高热稳定性的荧光材料是值得的探索的。
近来，稀土离子掺杂的粉体氟化物材料被报道有良好的发光性质，能够实现红外光向可见光转换。但是这种材料在高温下容易被氧化，不能耐得住超过150度的高温环境，不能用于光温传感材料。
发明内容
本发明解决的技术问题是公开了一种光温传感用稀土掺杂透明玻璃陶瓷及其制备方法
本发明制备的光温传感用稀土掺杂微晶发光玻璃：25SiO2–20Na2CO3–15Al2O3–6.2LaF3–13.8SrF2：xRe3+(mol％)。在高温下，氟化物材料很容易氧化。为了克服这种弊端，我们制备了Tm3+、Er3+稀土离子掺杂的透明玻璃陶瓷来取代粉体氟化物材料，该陶瓷具有高的透光性，高的热稳定性(能够承受800度的高温)和高的发光强度。而且，我们可以通过监控Tm3+和Er3+两种稀土离子的荧光光谱随温度的变化来实现温度的测量。在红外二极管激发下通过上转换激发，对Yb3--Re3+(R＝Er，Tm等)掺杂在含有La0.31Sr0.69F2.31纳米微晶的透明玻璃陶瓷的光温传感器进行研究。
本发明涉及的透明玻璃陶瓷的制备方法包括以下步骤：
(a)原料的选取
玻璃陶瓷原料主要为分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选择纯度为99.99％的氟化物。
(b)玻璃陶瓷配合料的混合
按照配比精确的称取原料，放入研钵中加无水乙醇充分研磨0.5小时。
(c)玻璃陶瓷熔制
玻璃熔制采用的是刚玉坩埚，熔制温度为1500℃，时间60分钟，然后进行了热处理。再经过退火，退火温度为660℃，时间为2小时。
有益效果：
(1)本发明制备方法简便，适合工业批量生产。
(2)本发明制得的玻璃陶瓷较荧光粉具有良好的热稳定性和化学稳定性。
(3)本发明的玻璃陶瓷实现了精密光温传感器的性能。
附图说明
图1为实施例1-4的样品在980nm激发下的发射光谱。
图2.实施例3样品的528nm/544nm荧光强度比与温度的关系。
图3为实施例5-8的样品在980nm激发下的发射光谱。
图4.实施例7样品的526nm/545nm荧光强度比与温度的关系。
图5为实施例9-13的样品在980nm激发下的发射光谱。
图6.实施例13样品的697nm/798nm荧光强度比与温度的关系。
具体实施方式：
实施例1-4
基质材料选用分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选用浓度为99.99％的氟化物为主要原料，按照基质材料配比为：45SiO2–20Na2CO3–15Al2O3–6.2LaF3–13.8SrF2：:掺杂离子Er3+，其重量比为x＝0.15，0.45，0.75，1.05％的比例称取原料，各原料质量如表1所示。样品在980nm激发下的发射光谱如图1所示。选择荧光强度最强的实施例3作为样品进行光温传感测试，获得了528nm/544nm荧光强度比与温度的关系如图2所示。
表1实施例1-4的玻璃组成(单位：克)
实施例5-8
基质材料选用分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选用浓度为99.99％的氟化物为主要原料，按照基质材料配比为：45SiO2–20Na2CO3–15Al2O3–6.2LaF3–13.8SrF2：掺杂离子为：Er3+，Yb3+。Er3+的掺杂重量比为：0.73％。Yb3+的掺杂重量比为：x＝0.75，1.5，2.25，3.0％的比例称取原料，各原料质量如表3。样品在980nm激发下的发射光谱如图3所示。选择荧光强度最强的实施例7作为样品进行光温传感测试，获得了526nm/545nm荧光强度比与温度的关系如图4所示。
表2实施例5-8的玻璃组成(单位：克)
实施例9-13
基质材料选用分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选用浓度为99.99％的氟化物为主要原料，按照基质材料配比为：45SiO2–20Na2CO3–15Al2O3–6.2LaF3–13.8SrF2：掺杂离子为：Tm3+，Yb3+。Tm3+的掺杂重量比为：0.73％。Yb3+的掺杂重量比为：x＝0.75，1.5，2.25，3.0，4.5％的比例称取原料，各原料质量如表3。样品在980nm激发下的发射光谱如图5所示。选择荧光强度最强的实施例7作为样品进行光温传感测试，获得了697nm/798nm荧光强度比与温度的关系如图6所示。
表2实施例9-13的玻璃组成(单位：克)

Claims (6)

1.一种具有光温传感性质的稀土掺杂透明玻璃陶瓷，其组成为:基质材料配比为SiO2:Na2CO3:SrF2:Al2O3:LaF3＝45:20:13.8:15:6.2；掺杂离子为Tm3+、Yb3+、Er3+三种，它们的掺杂比例为重量比；Tm3+掺杂重量比为0.73％；Yb3+掺杂重量比为0.73％-4.5％；Er3+掺杂重量比为0.15％-1.05％；生成的纳米微晶材料是La0.31Sr0.69F2.31单晶体。
2.根据权利要求1所述的一种具有光温传感性质的稀土掺杂透明玻璃陶瓷，其特征在于La0.31Sr0.69F2.31单晶体激发光选用980nm的红外激光激发。
3.权利要求1所述的稀土掺杂透明玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下几个步骤：
(a)原料的选取
玻璃陶瓷原料包括分析纯的氧化物和氟化物，稀土离子选择重量纯度为99.99％的氟化物；
(b)玻璃陶瓷配合料的混合
精确地按照配比称取原料，放入研钵中加无水乙醇充分研磨；
(c)玻璃陶瓷熔制
玻璃陶瓷熔制采用的是刚玉坩埚，高温熔制，然后迅速冷却成玻璃陶瓷，再经过退火，增加微晶的结晶度。
4.根据权利要求3所述的稀土掺杂透明玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(b)中研磨时间为0.5小时。
5.根据权利要求3所述的稀土掺杂透明玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(c)中高温熔制温度为1500℃，时间60分钟。
6.根据权利要求3所述的稀土掺杂透明玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(c)中退火温度为660℃，时间为2小时。
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