CN107345134B - 一种高灵敏度稀土掺杂钨青铜荧光探温材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高灵敏度稀土掺杂钨青铜荧光探温材料及其制备方法，该稀土掺杂钨青铜材料的化学式为Ba4Gd0.65‑xEr0.02YbxNb10O30，其中，x＝0，0.02，0.05，0.1。本发明采用传统的高温固相反应法制备Ba4Gd0.65‑xEr0.02YbxNb10O30材料，工艺简单，成本低，重复性好，便于批量生产。与以往上转换探温材料相比，本发明的Ba4Gd0.65‑xEr0.02YbxNb10O30材料是一种高灵敏荧光强度比型探温材料，其在573K的最大探温灵敏度为0.013K‑1。研究表明稀土Yb离子掺杂能有效提高Ba4Gd0.65‑xEr0.02YbxNb10O30材料的探温性能。另外，本发明制备的Ba4Gd0.65‑xEr0.02YbxNb10O30材料物理与化学性能稳定，且其中不含对环境不利的金属元素，属绿色环保型探温材料，具有广泛工业应用前景。

Description

一种高灵敏度稀土掺杂钨青铜荧光探温材料
技术领域
本发明涉及上转换荧光探温材料领域，具体涉及一种高灵敏度稀土掺杂钨青铜荧光探温材料及其制备方法。
背景技术
由于在环境科学、电子工业、生物医学、农业生产等重要领域的广泛应用，高灵敏度荧光探温材料的设计与开发是当前科研工作者关注的重要领域之一。近年来，稀土掺杂上转换发光材料由于在温度传感领域的广阔应用前景而得到人们特别关注。目前，许多稀土掺杂荧光强度比型无机材料的探温性能被研究报道，如在近红外980nm激发下Er与Yb共掺杂α-NaYF4，β-NaLuF4，Y2O3，Al2O3，Na0.5Bi0.5TiO3，Sr2Bi4Ti5O18，Bi4Ti3O12，Bi7Ti4NbO21的最大探温灵敏度分别为0.0030K-1，0.0052K-1，0.0044K-1，0.0051K-1，0.0035K-1，0.0042K-1，0.0043K-1，0.0044K-1。然而，以上材料的探温灵敏度还较低，这不利于材料实际应用。最近研究表明，由于具有相对较低的声子能量与稳定的物理化学特性，钨青铜材料是一种很有前景的上转换发光基质材料，其在探温领域的应用需要我们深入探索。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种高灵敏度稀土掺杂钨青铜荧光强度比型探温材料：该材料的化学式为Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中，x＝0，0.02，0.05，0.1。
为实现上述目的及其它目的，本发明采用固相反应法合成材料，其技术特征为：
以BaCO3、Gd2O3、Er2O3、Yb2O3、Nb2O5原料，按照化学计量比准确称取所需原料后将之混合，利用酒精为溶剂在行星式球磨机中研磨24小时，之后将混合均匀的粉末进行干燥，于1300℃下预烧8小时。将烧结的粉末重新研磨后在1350℃下烧5小时，然后用玛瑙研钵研磨得上转换荧光粉。
本发明上转换荧光材料用于温度探测：
本发明所合成Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30(BGEYN-x)材料晶体结构表征如图1所示。在980nm近红外激光激发下，BGEYN-x材料展现明亮的上转换绿光发射峰，分别对应2H11/2→4I15/2与4S3/2→4I15/2转变，且BGEYN-x(x＝0.1)材料上转换发射强度明显高于BGEYN-x(x＝0)，如图2所示。另外，如图3与图4所示，BGEYN-x(x＝0与0.1)材料的两个上转换绿光发射峰的强度比在303K到573K的温度区间内展现出明显改变，且上转换荧光强度比(R)的对数与温度倒数成线性关系。BGEYN-x(x＝0.1)材料在573K时具有最大探温灵敏度(S)，为0.013-1，而BGEYN-x(x＝0)材料的最大探温灵敏度为0.0048K-1，这表明稀土Yb离子掺杂能有效提高钨青铜材料的探温灵敏度。
附图说明：
图1给出的是Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中0≤x≤0.1，材料的X射线衍射图谱。
图2给出的是Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中0≤x≤0.1，材料的室温上转换发射图谱。
图3给出的是Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中x＝0，材料的探温性能图谱。
图4给出的是Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中x＝0.1，材料的探温性能图谱。
具体实施方式：
现结合具体实施例对本发明做进一步地描述：
实施例1
制备Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中x＝0，制备方法如下：
称取2.3920克BaCO3(99％)、0.3534克Gd2O3(99.9％)、0.0115克Er2O3、3.9872克Nb2O5，置于干净的玛瑙罐中，以无水乙醇(99.7％)为介质，在行星式球磨机上球磨，时间为24小时。将球磨产物用烘箱烘干，获得烘干粉体。将烘干粉体用玛瑙研钵研磨，然后置于刚玉坩埚中，放入箱式炉中，连续升温至1300℃预烧8小时，降温至550℃后程序终止。将随炉冷却后所得产物用玛瑙研钵磨细，加入粘合剂，充分研磨，混合均匀，然后置于刚玉坩埚在空气中1350℃锻烧5小时，最后用玛瑙研钵磨细得上转换荧光粉。
实施例2
制备Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中x＝0.1，制备方法如下：
称取2.3920克BaCO3(99％)、0.3534克Gd2O3(99.9％)、0.0115克Er2O3、0.0591克Yb2O3、3.9872克Nb2O5，置于干净的玛瑙罐中，以无水乙醇(99.7％)为介质，在行星式球磨机上球磨，时间为24小时。将球磨产物用烘箱烘干，获得烘干粉体。将烘干粉体用玛瑙研钵研磨，然后置于刚玉坩埚中，放入箱式炉中，连续升温至1300℃预烧8小时，降温至550℃后程序终止。将随炉冷却后所得产物用玛瑙研钵磨细，加入粘合剂，充分研磨，混合均匀，然后置于刚玉坩埚在空气中1350℃锻烧5小时，最后用玛瑙研钵磨细得上转换荧光粉。

Claims (3)

1.一种高灵敏度稀土掺杂钨青铜上转换荧光强度比型探温材料，该材料的化学式为Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30，其中，x＝0，0.02，0.05，0.1。
2.如权利要求1所述探温材料的制备方法，其特征为：以BaCO3、Gd2O3、Er2O3、Yb2O3、Nb2O5为原料，按照化学计量比准确称取所需原料后将之混合，利用酒精为溶剂在行星式球磨机中研磨24h，之后将混合均匀的粉末进行干燥，于1300℃下预烧8小时；将烧结的粉末重新研磨后在1350℃下煅烧5小时，然后用玛瑙研钵研磨得到上转换荧光强度比型探温材料。
3.如权利要求1所述探温材料的探温性能应用，其特征为：在980nm近红外激光激发下，材料展现明亮的上转换绿光发射峰，分别对应Er离子2H11/2→4I15/2与4S3/2→4I15/2转变，且在303K到573K的温度区间内两个上转换绿光发射强度比(R)的对数与温度服从很好的线性关系；当x＝0.1时，Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30材料在573K时具有最大探温灵敏度，为0.013K-1，而当x＝0时，Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30材料的探温灵敏度为0.0048K-1，这表明稀土Yb离子掺杂能有效提高钨青铜材料的探温灵敏度；相比以往上转换探温材料，x＝0.1时，钨青铜Ba4Gd0.65-xEr0.02YbxNb10O30材料是一种高灵敏荧光探温材料。
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