CN110041934B - 一种温度敏感性荧光材料及其制备方法 - Google Patents

一种温度敏感性荧光材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种温度敏感性荧光材料及其制备方法，其化学式为：Ln3‑xAl5‑yO12:xCe3+,yMn4+，其中Ln＝Y或者Lu。本发明的温度敏感性荧光材料通过高温固相法制备，制备方法简单，易于工业化，成本低。本发明的温度敏感性荧光材料具有高度的化学稳定性和耐紫外线腐蚀性，可在紫外光的激发下，同时发出深红色光和绿色光，且可随温度变化呈现出完全不同的发光变化趋势，从而获得可逆的“红→橙→绿”可视化热致变色过程和温度依赖的自校准荧光强度比信号；本发明的温度敏感性荧光材料具有高度温度敏感性，在温度为20‑80℃范围内，相对温度敏感系数为6.8％℃‑1，在温度传感领域具有应用潜力。

Description

一种温度敏感性荧光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及温度传感用荧光材料领域，具体涉及一种温度敏感性荧光材料及其制备方法。
背景技术
精确的温度检测技术在生命科学、工农业生产、科学研究等领域均具有重要的应用价值和需求。温度传感用光学测温材料是一类在特定光源激发下，随着环境温度的改变其发光性质发生规律性变化的荧光材料，可实现非接触、非侵入、精确、即时的温度测量，正逐渐成为温度传感的主流。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种温度敏感性荧光材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种温度敏感性荧光材料，其化学式为：Ln3-xAl5-yO12:xCe3+,yMn4+，其中Ln＝Y或者Lu。
x为掺杂离子Ce3+的摩尔分数，y为掺杂离子Mn4+的摩尔分数。
本发明的温度敏感性荧光材料是一种比率型热致变色温度敏感性荧光材料，在紫外光源的激发下，可同时发射绿光/红光，且绿光/红光荧光强度比随温度变化具有特定的函数关系，具有高灵敏度、易于观察的可视化过程和较高的稳定性。本发明的温度敏感性荧光材料可用于可靠的新型比率式热致变色温度传感器。
优选地，所述化学式中0.005≤x≤0.05，0.003≤y≤0.02。
优选地，所述温度敏感性荧光材料通过高温固相法制备。
优选地，所述温度敏感性荧光材料在紫外光源的激发下，可同时发出峰值位于502nm的绿光和670nm的红光。
优选地，所述温度敏感性荧光材料的502nm绿光/670nm红光荧光强度比在20-80℃范围内随温度的增大单调递增。
本发明的温度敏感性荧光材料的502nm绿光/670nm红光荧光强度比与温度在20-80℃范围内具有很好的相关性。
优选地，所述温度敏感性荧光材料在20-80℃范围内的相对温度敏感系数为6.8％℃-1。
本发明还提供一种上述任一所述温度敏感性荧光材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按化学式组成计量比准确称取原料，并将所述原料混合均匀得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物在封闭体系空气气氛中进行煅烧，煅烧后自然冷却，研磨。
本发明的方法操作简单安全，成本低，易于工业化，制备得到的温度敏感性荧光材料具有很好的性能。
优选地，步骤(2)中煅烧温度为1450-1600℃，煅烧时间为4-6小时。
更优选地，步骤(2)中煅烧温度为1500℃，煅烧时间为5小时。
优选地，步骤(1)中所述原料包括：氧化镥或氧化钇中的一种、铝化合物、氧化铈、碳酸锰和镁化合物。
优选地，所述镁化合物为助熔剂，镁化合物为氧化镁、氟化镁、碱式碳酸镁中的一种或几种。
优选地，所述铝化合物为氧化铝、氢氧化铝和硝酸铝中的一种或几种。
本发明还提供如上述任一所述温度敏感性荧光材料在温度测量中的应用。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种温度敏感性荧光材料及其制备方法。本发明的温度敏感性荧光材料具有高度的化学稳定性和耐紫外线腐蚀性，可在紫外光的激发下，同时发出深红色光和绿色光，且可随温度变化呈现出完全不同的发光变化趋势，从而获得可逆的“红→橙→绿”可视化热致变色过程和温度依赖的自校准荧光强度比信号；本发明的温度敏感性荧光材料采用高温固相法合成，在温和安全的反应条件下实现了Ce3+和Mn4 +的共掺杂；本发明的温度敏感性荧光材料，在紫外光源的激发下，可同时发出峰值位于502nm的绿光和670nm的红光，绿红光随温度变化的趋势不同，从而可获得可逆的可视化热致变色过程，易于观察；本发明的温度敏感性荧光材料，其绿/红光荧光强度比对温度反应灵敏，相对温度敏感系数可达6.8％℃-1，在温度传感领域具有应用潜力。
附图说明
图1为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的荧光强度比随温度变化的趋势图。
图2(a)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图；(b)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的激发光谱图。
图3(a)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图；(b)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的激发光谱图。
图4(a)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图；(b)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的激发光谱图。
图5(a)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图；(b)为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的激发光谱图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种温度敏感性荧光材料的制备方法，所属方法包括以下步骤：
(1)按重量比例称取氧化镥(Lu2O3)0.5957g、氧化铈(CeO2)0.00103g、氧化铝(Al2O3)0.2546g、碳酸锰(MnCO3)0.00034g、氟化镁(MgF2)0.00056g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨20min混合均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物装入刚玉坩埚在封闭体系空气气氛中升温至1500℃并煅烧5小时，自然冷却至室温后研磨至均匀粉状，即可得到温度敏感性荧光材料，化学式为：Lu3-xAl5-yO12:xCe3+，yMn4+，其中x＝0.006，y＝0.003。
如图2a所示，为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图，通过X射线衍射技术进行表征之后证明合成了目标产物；如图2b所示，在紫外光照射下，其可以发出红色光和绿色光。
实施例2
作为本发明实施例的一种温度敏感性荧光材料的制备方法，所属方法包括以下步骤：
(1)分别按重量比称取氧化镥0.5949g、氧化铈0.00172g、氧化铝0.2544g、碳酸锰0.00057g、氟化镁0.00093g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨20min，混合均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物装入刚玉坩埚，在封闭体系空气气氛中升温至1500℃并烧结5小时，自然冷却至室温后研磨至均匀粉状，即可得到温度敏感性荧光材料，化学式为：Lu3-xAl5-yO12:xCe3+，yMn4+，其中x＝0.01，y＝0.005。
如图3a所示，为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图，通过X射线衍射技术进行表征之后证明合成了目标产物；如图3b所示，在紫外光照射下，其可以发出红色光和绿色光。
实施例3
作为本发明实施例的一种温度敏感性荧光材料的制备方法，所属方法包括以下步骤：
(1)分别按重量比称取氧化镥0.5929g、氧化铈0.00344g、氧化铝0.2539g、碳酸锰0.00115g、氟化镁0.00187g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨20min，混合均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物装入刚玉坩埚，在封闭体系空气气氛中升温至1500℃并烧结5小时，自然冷却至室温后研磨至均匀粉状，即可得到即可得到温度敏感性荧光材料，化学式为：Lu3-xAl5-yO12:xCe3+，yMn4+，其中x＝0.02，y＝0.01。
如图4a所示，为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图，通过X射线衍射技术进行表征之后证明合成了目标产物；如图4b所示，在紫外光照射下，其可以发出红色光和绿色光，并且其绿/红光荧光强度比随温度的变化具有显著的相关性，其变化趋势如图1所示。
实施例4
作为本发明实施例的一种温度敏感性荧光材料的制备方法，所属方法包括以下步骤：
(1)分别按重量比称取氧化镥0.5909g、氧化铈0.00516g、氧化铝0.2534g、酸锰0.00172g、氟化镁0.00280g，将上述原料在玛瑙研钵中研磨20min，混合均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物装入刚玉坩埚，在封闭体系空气气氛中升温至1500℃并烧结5小时，自然冷却至室温后研磨至均匀粉状，即可得到温度敏感性荧光材料，化学式为：Lu3-xAl5-yO12:xCe3+，yMn4+，其中x＝0.03，y＝0.015。
如图5a所示，为本发明实施例的温度敏感性荧光材料的X射线衍射图，通过X射线衍射技术进行表征之后证明合成了目标产物；如图5b所示，在紫外光照射下，其可以发出红色光和绿色光。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种温度敏感性荧光材料，其特征在于，其化学式为：Ln3-xAl5-yO12:xCe3+,yMn4+，其中Ln＝Lu，所述化学式中0.005≤x≤0.05，0.003≤y≤0.02。
2.根据权利要求1所述的温度敏感性荧光材料，其特征在于，所述化学式中0.010≤x≤0.05，0.005≤y≤0.02。
3.根据权利要求1所述的温度敏感性荧光材料，其特征在于，所述温度敏感性荧光材料通过高温固相法制备。
4.根据权利要求1所述的温度敏感性荧光材料，其特征在于，所述温度敏感性荧光材料在紫外光源的激发下，可同时发出峰值位于502nm的绿光和670nm的红光。
5.根据权利要求4所述的温度敏感性荧光材料，其特征在于，所述温度敏感性荧光材料的502nm绿光/670nm红光的荧光强度比在20-80℃范围内随温度的增大单调递增。
6.根据权利要求4所述的温度敏感性荧光材料，其特征在于，所述温度敏感性荧光材料在20-80℃范围内的相对温度敏感系数为6.8％℃-1。
7.一种如权利要求1-6任一所述温度敏感性荧光材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按化学式组成计量比准确称取原料，并将所述原料混合均匀得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物在封闭体系空气气氛中进行煅烧，煅烧后自然冷却，研磨。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中煅烧温度为1450-1600℃，煅烧时间为4-6小时。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述原料包括：氧化镥、铝化合物、氧化铈、碳酸锰和镁化合物；
所述镁化合物为助熔剂，镁化合物为氧化镁、氟化镁、碱式碳酸镁中的一种或几种；
所述铝化合物为氧化铝、氢氧化铝和硝酸铝中的一种或几种。
10.如权利要求1-6任一所述温度敏感性荧光材料在温度测量中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Growth and characterization of air annealing Mn-doped YAG:Ce single crystal for LED;Weidong Xiang et al.;《Journal of Alloys and Compounds》;20120710;第542卷;第218-221页 *

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