CN106281315A - 微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料及其制备方法 - Google Patents

微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料及其制备方法 Download PDF

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王海波
张娜
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Abstract

本发明公开了一种微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料及其制备方法，其化学式为：MaMg1-aAl2Si2O8:Nb，Rc，其中M为Ca、Sr、Ba四种元素中的一种，N为Ce、Eu、Mn三种元素中的一种，R为Nd、Yb两种元素中的一种，a、b、c为摩尔系数，其范围是：0＜a＜1，0＜b＜0.5，0＜c＜0.5。制备方法为：按照化学式MaMg1-aAl2Si2O8:Nb，Rc中各元素的摩尔系数比称取原料、助熔剂，球磨混匀，通过高温固相烧结后，冷却粉碎、过筛，即可制备所需的荧光材料。本发明制备的荧光粉材料在200-400nm紫光区有强吸收，发射光位于650-1100nm的深红/近红外区，可将微弧光中大部分的紫光转换成传感器易响应的深红/近红外光，具有工艺简单，激发与发射光谱范围宽，发光亮度高的优点和较好的应用价值。

Description

微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种荧光材料，特别涉及包括微弧光传感器用的发光材料，并提供了该荧光材料的制备方法，属于发光材料领域或新型电子元器件领域。
背景技术
发电厂及电力系统中的高压电气设备，在长期的热环境、电场、机械应力、物化腐蚀及各种环境等因素的综合作用下，绝缘性会逐渐劣化下降，当达到一定程度后，可形成诸如短路放电现象，放电信号十分微弱，不易察觉，处置不及时极易造成重大的火灾事故。目前，国内外已经开发出多种机理的传感器用于微弧光的检测，如基于超声波及电压检测法的压电传感器，将超声信号转换成电信号，再进行放大、滤波等处理方法，由于超声波产生时，光信号已经相当强大了，因此该方法不能有效的在微弧光产生的初期进行检测；另一种是应用压力传感器对电弧光产生的压力进行检测预警，然而该种方法在灵敏度、响应时间及可靠性上没有优势；第三种是应用光学传感器（紫外光传感器、荧光传感器）对微弧光进行检测，前者基于光电效应将微弧光中的紫外光转换响应的电流，传导到装置中进行判定，该种方法存在成本高，光谱响应范围窄等缺点，后者利用荧光材料吸收微弧光，传换成传感器响应度最高的光谱，进而进行微弧光的检测，具有成本低、响应度高、灵敏度高的优点。
但是目前专用于微弧光传感器的荧光材料还没有相关的报道，一些制造商直接选择市场上应用于其他领域的荧光材料用于制备微弧光传感器，由于荧光材料与微弧光光谱和传感器响应曲线均没有优化匹配，所以制备出的传感器灵敏度和准确度都不高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料，该荧光材料的发射光谱范围为650-1100nm，激发光谱范围为200-400nm；化学式为：MaMg1-aAl2Si2O8:Nb，Rc，其中M为Ca、Sr、Ba四种元素中的一种，N为Ce、Eu、Mn三种元素中的一种，R为Nd、Yb两种元素中的一种，a、b、c为摩尔系数，其范围是：0＜a＜1，0＜b＜0.5，0＜c＜0.5。
本发明的另一个目的是提供上述微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料的制备方法，具体步骤为：
（1）、按照化学式MaMg1-aAl2Si2O8:Nb，Rc中各元素的摩尔系数比，称取原料，按照与原料总质量比，称取助熔剂，球磨混匀，球磨时间10-12小时，球磨速度为100-120转/分钟；
（2）、球磨结束后，将原料装入坩埚，放入高温固相炉中，在空气的气氛下进行煅烧，温度850-1050℃，时间6-8小时；
（3）、煅烧结束后，将材料取出、冷却至室温，粉碎和过筛，即得到所需的荧光材料。
在上述方法中，所述的元素M来源于Ca、Sr、Ba碳酸盐中的一种，元素Ce、Eu、Mn、Nd、Yb均来源于其相应的氧化物。
在上述方法中，所述的助熔剂为BaF2、NH4Cl、LiCl、H3BO3中的至少一种。
在上述方法中，所述的助熔剂添加量为原料总质量的0.5%-3.0%。
有益效果：
本发明涉及的荧光材料通过基质与掺杂元素的调控具有激发范围广（200-400nm），发射范围宽（650-1100nm），发射强度大的优点，与微弧光的光谱和传感器的最佳光谱响应曲线相匹配。应用于微弧光传感器中，可以将微弧光中的紫光转换成易于响应的深红/近红外光，提高了传感器的响应度和灵敏度，同时采用高温固相烧结的工艺，工艺简单，成本低，具有较好的应用价值。
附图说明
图1是具体实施例8中制备的Ba0.09Mg0.5Al2Si2O8:Mn0.15，Yb0.26荧光材料的激发和发射光谱。
具体实施方式
结合实施案例对本发明做进一步详细说明，但本发明保护范围不限于所述内容。
实施例1：
按照照化学式Ca0.22Mg0.5Al2Si2O8:Ce0.18，Yb0.1中各元素的摩尔系数比，称取0.22molCaCO3，0.5mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.18mol CeO2，0.05mol Yb2O3作为原料，按照原料总质量的0.5%称取助熔剂BaF2，与原料球磨混合，球磨时间10小时，球磨速度105转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度950℃，时间7h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例2：
按照照化学式Ca0.03Mg0.6Al2Si2O8:Mn0.22，Nd0.15中各元素的摩尔系数比，称取0.03molCaCO3，0.6mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.22mol MnO2，0.075mol Nd2O3作为原料，按照原料总质量的0.5%称取助熔剂H3BO3，与原料球磨混合，球磨时间10小时，球磨速度105转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度850℃，时间7.5h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例3：
按照照化学式Ca0.15Mg0.35Al2Si2O8:Eu0.3，Yb0.2中各元素的摩尔系数比，称取0.15molCaCO3，0.35mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.15mol Eu2O3，0.1mol Yb2O3作为原料，按照原料总质量的1.2%称取助熔剂LiCl，与原料球磨混合，球磨时间10.5小时，球磨速度110转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度1000℃，时间8h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例4：
按照照化学式Sr0.05Mg0.5Al2Si2O8:Mn0.15，Yb0.3中各元素的摩尔系数比，称取0.05molSrCO3，0.5mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.15mol MnO2，0.15mol Yb2O3作为原料，按照原料总质量的1.5%称取助熔剂NH4Cl，与原料球磨混合，球磨时间11小时，球磨速度100转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度1050℃，时间7.5h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例5：
按照照化学式Sr0.26Mg0.34Al2Si2O8:Ce0.2，Nd0.2中各元素的摩尔系数比，称取0.26molSrCO3，0.34mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.2mol CeO2，0.1mol Nd2O3作为原料，按照原料总质量的2.5%称取助熔剂H3BO3，与原料球磨混合，球磨时间10小时，球磨速度110转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度950℃，时间8h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例6：
按照照化学式Sr0.3Mg0.24Al2Si2O8:Eu0.14，Nd0.32中各元素的摩尔系数比，称取0.3molSrCO3，0.24mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.07mol Eu2O3，0.16mol Nd2O3作为原料，按照原料总质量的2%称取助熔剂BaF2，与原料球磨混合，球磨时间12小时，球磨速度100转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度950℃，时间8h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例7：
按照照化学式Ba0.25Mg0.25Al2Si2O8:Ce0.25，Yb0.25中各元素的摩尔系数比，称取0.25molBaCO3，0.25mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.25mol CeO2，0.125mol Yb2O3作为原料，按照原料总质量的1.5%称取助熔剂LiCl，与原料球磨混合，球磨时间11.5小时，球磨速度120转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度1050℃，时间6.5h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例8：
按照照化学式Ba0.09Mg0.5Al2Si2O8:Mn0.15，Yb0.26中各元素的摩尔系数比，称取0.09molBaCO3，0.5mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.15mol MnO2，0.13mol Yb2O3作为原料，按照原料总质量的2.5%称取助熔剂BaF2，与原料球磨混合，球磨时间10小时，球磨速度115转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度1000℃，时间6h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。
实施例9：
按照照化学式Ba0.3Mg0.3Al2Si2O8:Mn0.1，Nd0.3中各元素的摩尔系数比，称取0.3molBaCO3，0.3mol MgCO3，1mol Al2O3，2mol SiO2，0.1mol MnO，0.15mol Nd2O3作为原料，按照原料总质量的0.5%称取助熔剂NH4Cl，与原料球磨混合，球磨时间12小时，球磨速度110转/分钟，球磨结束后，将原料放入坩埚，置于高温固相炉中高温煅烧，温度850℃，时间7.5h，取出冷却至室温，粉碎过筛，即可制备所需的微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料。

Claims (5)

1.一种微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料，其特征在于：该荧光材料的发射光谱范围为650-1100nm，激发光谱范围为200-400nm，化学式为：MaMg1-aAl2Si2O8:Nb，Rc，其中M为Ca、Sr、Ba四种元素中的一种，N为Ce、Eu、Mn三种元素中的一种，R为Nd、Yb两种元素中的一种，a、b、c为摩尔系数，其范围是：0＜a＜1，0＜b＜0.5，0＜c＜0.5。
2.如权利要求1所述的一种微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料，其特征在于：所述的元素M来源于Ca、Sr、Ba碳酸盐中的一种，元素Ce、Eu、Mn、Nd、Yb均来源于其相应的氧化物。
3.如权利要求1所述的一种微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料，其制备方法是通过以下步骤实现的：
（1）、按照化学式MaMg1-aAl2Si2O8:Nb，Rc中各元素的摩尔系数比，称取原料，按照与原料总质量比，称取助熔剂，球磨混匀，球磨时间10-12小时，球磨速度为100-120转/分钟；
（2）、球磨结束后，将原料装入坩埚，放入高温固相炉中，在空气的气氛下进行煅烧，温度850-1050℃，时间6-8小时；
（3）、煅烧结束后，将材料取出、冷却至室温，粉碎和过筛，即得到所需的荧光材料。
4.如权利要求3所述的一种微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料的制备方法，其特征在于：所述的助熔剂为BaF2、NH4Cl、LiCl、H3BO3中的至少一种。
5.如权利要求3所述的一种微弧光传感器用深红/近红外下转换荧光材料的制备方法，其特征在于：所述的助熔剂添加量为原料总质量的0.5%-3.0%。
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