CN114184299B - 基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，包括：S1、将稀土元素掺入不同的无机氧化物中，制备得到不同种类的合成材料；S2、对各类合成材料进行热释发光测试，筛选出在预设温度范围内发出热释光的测温材料；S3、对测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立标准热释光测温曲线；S4、采用紫外线对测温材料进行充能，并将其置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并计算热释光强度比带入到标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。本发明利用热释光测温完全避免光致发光测温所带来的额外产热和被测环境自荧光的问题，再利用Pr³⁺的4f¹5d¹、³P_J和¹D₂能级的温度敏感特性，实现高精度的温度测量。

Description

基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法

技术领域

本发明涉及热释发光测温技术领域，特别涉及一种基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法。

背景技术

温度的精确测量在人类活动的众多领域(例如：工业生产、科学研究、远洋作业、航空航天、生命科学等等)起着至关重要的作用。传统的测温方法主要是基于热力学第零定律的侵入式测温，即通过测温材料和被测环境达到热平衡，再将温度信号通过电信号、物体形变信号、液体膨胀信号等方式传递出来。但侵入式测温方法具有强的侵入性，而且具有小的空间分辨率。近几十年来基于荧光粉材料光致发光的测温方法逐渐成为测温领域的重要分支，主要是因为这种测温方法具有小的侵入性(有些材料具有生物兼容性)、高的空间分辨率(可在纳米量级的空间范围内测温)、高的测温敏感度以及能在极端条件下工作(航空燃气涡轮中、强电磁场环境中、易燃易爆环境中)的特点。因此，近年来国内外在相关材料的研究上做了很多工作。

但是，基于荧光粉材料光致发光的测温方法也具有一些不可避免的缺陷。主要集中于以下两点：

1、当采用下转换荧光粉作为温度传感材料时，通常需要使用紫外光作为激发光，而被测环境中众多物质均可以被紫外光激发发光(例如：化学纤维、蛋白质、有机物等等)。这些被测环境的自荧光将极大的掩盖测温光信号，降低信噪比。

2、当采用上转换荧光粉作为温度传感材料时，由于低的上转换效率，所以上转换荧光粉需要高的激发功率，而高的激发功率又不可避免的产生额外的热量，导致被测环境温度的增加，极大的降低了温度测量准确度。

因此，如何在保证原有光学测温方法优势的前提下，避免基于荧光粉材料光致发光的测温方法带来的各种限制，成为光学测温方法迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，基于热释发光方式实现温度测量，可以同时避免被测环境自荧光和额外产热的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，包括如下步骤：

S1、将稀土元素掺入不同的无机氧化物中，制备得到不同种类的掺杂摩尔浓度为0.0001％～10％的合成材料；

S2、对不用种类的合成材料进行热释发光测试，筛选出在预设温度范围内发出热释光的测温材料；

S3、对测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立热释光强度比依赖于环境温度的标准热释光测温曲线；

S4、采用紫外线对测温材料进行充能，再将充能后的测温材料置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并基于热释光发射光谱计算热释光强度比，将热释光强度比带入到标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。

优选地，稀土元素为Pr³⁺，无机氧化物为Y₃Al₂Ga₃O₁₂、Lu₂SiO₅、LiYGeO₄或Y₃Al₅O₁₂。

优选地，预设温度范围的跨度为20℃。

优选地，不同种类的合成材料的掺杂摩尔浓度为0.0001％～1％。

优选地，步骤S3中，热释光强度比通过热释光谱中Pr³⁺的4f¹5d¹能级与¹D₂能级的跃迁强度比值确定或通过热释光谱中Pr³⁺的³P_J能级与¹D₂能级的跃迁强度比值确定；其中，J＝0，1，2。

优选地，步骤S3包括具体包括如下步骤：

S31、将筛选出的测温材料放在温度确定的环境中达到热平衡；

S32、用紫外光激发环境中的测温材料，Pr³⁺基态的电子或测温材料价带的电子被激发到测温材料的导带中，进入导带的电子被测温材料中的陷阱俘获；

S33、当停止紫外光激发后，被陷阱俘获的电子因环境中的热激励被释放到导带中，并转移到Pr³⁺的激发态，实现跃迁发光；

S34、将不同温度下确定的热释光强度比绘制成温度的单调函数，得到标准热释光测温曲线。

本发明能够取得以下技术效果：

1、采用热释光进行测温，能够完全避免传统光致发光测温方法中实时的激发光带来的自荧光和额外产热的问题，达到零自荧光和零额外产热的目的，从而提高测温的信噪比和准确度。

2、Pr³⁺作为掺杂元素，可以同时获得4f¹5d¹→4f²的宽带发射(具有更高的温度敏感性)和f→f的窄线发射，对于不同的测温环境提供了多种选择，并且可以通过4f¹5d¹→4f²和f→f热释光强度比获得更高的测温灵敏度，实现高精度温度测量。

3、本发明中所使用的材料均可采用传统的高温固相法合成，对合成条件要求低、成本低、操作简单。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例提供的基于Pr³⁺掺杂的热释发光测温方法的原理示意图；

图3是根据本发明实施例1和2中测温材料在室温被240nm紫外光激发的稳态光致发光光谱示意图(a)和254nm紫外光辐照后在室温的热释发光光谱示意图(b)；

图4是根据本发明实施例1-5中合成材料的热释发光曲线示意图；

图5是根据本发明实施例1和2中合成材料在20℃到300℃之间的热释发光光谱示意图；

图6是根据本发明实施例1的Pr³⁺热释光谱中4f¹5d¹→4f²的宽带(260-450nm)发射面积和¹D₂→³H₄(595-625nm)线发射面积的比值，以及对应的热释光强度比的多项式拟合曲线示意图；

图7是通过图6中拟合曲线计算出的绝对灵敏度和相对灵敏度示意图；

图8是根据本发明实施例2的Pr³⁺热释光谱中³P₀→³H₄(460-520nm)线发射面积和¹D₂→³H₄(595-625nm)线发射面积的比值以及对应的热释光强度比的多项式拟合曲线示意图；

图9是通过图8中拟合曲线计算出的绝对灵敏度和相对灵敏度示意图；

图10是根据本发明实施例3中合成材料在30℃到420℃之间的热释发光光谱；

图11是根据本发明实施例3的Pr³⁺热释光谱中605-615nm发射面积和640-650nm发射面积的比值以及对应的热释光强度比的多项式拟合曲线示意图；

图12是通过图11中拟合曲线计算出的这种材料热释光温度传感的绝对灵敏度和相对灵敏度示意图；

图13是根据本发明实施例4中合成材料在-100℃到320℃之间的热释发光光谱；

图14是根据本发明实施例4的Pr³⁺热释光谱中640-670nm发射面积和590-620nm发射面积的比值以及对应的热释光强度比的多项式拟合曲线示意图；

图15是通过图14中拟合曲线计算出的绝对灵敏度和相对灵敏度；

图16是实施例4中合成材料在-100℃到470℃之间的热释发光光谱。测量的步长温度为30℃，每次测量光谱前，用254nm紫外光辐照材料5分钟，关闭紫外光后用光纤光谱仪测量热释发光光谱，图中的光谱均在485nm处进行归一化；

图17是根据本发明实施例5的Pr³⁺热释光谱中595-620nm发射面积和475-495nm发射面积的比值以及对应的热释光强度比的多项式拟合曲线示意图；

图18是通过图17中拟合曲线计算出的绝对灵敏度和相对灵敏度。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

热释发光是一种停止激发光后还能持续发光数分钟到数小时的光学现象，大多数荧光粉材料在较宽的温度范围内都存在热释发光现象。这种发光方式为解决传统光学测温的问题提供了解决思路。用热释发光方式发出的热释光对被测环境进行温度测量，无需对热释光进行激光，这就可以同时避免被测环境自荧光和额外产热的问题。因此本发明采用热释发光的方式实现温度测量。

图1示出了本发明实施例提供的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法的整体结构和分体结构。

如图1所示，本发明实施例提供的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，包括如下步骤：

S1、将稀土元素掺入不同的无机氧化物中，制备得到不同种类的掺杂摩尔浓度为0.0001％～10％的测温材料。

在本发明的一个具体示例中，稀土元素为Pr³⁺。由于所有稀土元素中只有Pr³⁺可以同时出现4f5d带的跃迁和ff跃迁，而4f5d带的跃迁对于高灵敏度的测温至关重要。

稀土元素Pr³⁺的掺杂浓度范围为0.001％～1％。

S2、对不用种类的测温材料进行热释发光测试，筛选出在预设温度范围内发出热释光的测温材料。

由于不是所有的无机氧化物掺杂Pr³⁺后都能热释发光，所以要对掺杂后的无机氧化物进行热释发光测试，筛选出在预设温度范围内发出热释光的测温材料。

预设温度范围是指一个连续的温度段，只需要在某一个连续的温度段存在热释发光现象，将这个温度段的跨度称之为预设温度范围，在本发明的一些示例中，预设温度范围的跨度设定为20℃，也就是说，测温材料至少需要横跨20℃的温度范围内存在热释发光现象。例如预设温度范围为50℃～70℃，温度跨度为20℃。又如预设温度范围为100℃～150℃，温度跨度为50℃。

S3、对筛选出的测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立热释光强度比依赖于环境温度的标准热释光测温曲线。

图2示出了是根据本发明实施例提供的基于Pr³⁺掺杂的热释发光测温方法的原理。

如图2所示，合成的材料需进行热释光性能筛选，材料需要有一定温度范围的陷阱分布。掺入基质材料的Pr³⁺的4f¹5d¹能级可能在导带之下，也可能在导带内。若4f¹5d¹能级在导带之内，则没有4f¹5d¹能级的跃迁发光，在建立标准热释光测温曲线时则选择³P_J(J＝0,1,2)和¹D₂能级的跃迁强度比。

具体地，建立标准热释光测温曲线的过程如下：

S31、将筛选出的测温材料放在温度确定的环境中，使该测温材料与该环境达到热平衡。

S32、用紫外光激发环境中的测温材料，Pr³⁺基态的电子或测温材料价带的电子被激发到测温材料的导带中(①过程)，进入导带的电子被测温材料中的陷阱俘获(②过程)，即充能过程。

S33、当停止紫外光激发后，陷阱中的电子会受到环境中的热激励，逐渐从陷阱中被释放到导带中(③过程)，并转移到Pr³⁺的激发态，实现跃迁发光(④过程)。

在不同温度下热释发光光谱中4f¹5d¹、³P_J(J＝0,1,2)和¹D₂能级跃迁发光的分支比将不同，这是由于能级之间的热耦合导致的结果。

S34、将不同温度下确定的热释光强度比绘制成温度的单调函数，得到标准热释光测温曲线。

S4、采用紫外线对筛选出的测温材料进行充能，再将充能后的测温材料置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并基于热释光发射光谱计算热释光强度比，将热释光强度比带入到标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。

通过热释光进行测温，可以避免传统光致发光测温方法中实时的激发光带来的自荧光和额外热量，实现零自荧光和零额外产热的技术效果，进而提高测温的信噪比和准确度。选择Pr³⁺作为掺杂离子，可以同时获得4f¹5d¹→4f²的宽带发射(具有更高的温度敏感性)和f→f的窄线发射，对于不同的测温环境提供了多种选择，并且可以通过4f¹5d¹→4f²和f→f热释光强度比获得更高的测温灵敏度。

下面以几个实施例对本发明提供的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法进行具体说明。

实施例1

本发明实施例1提供的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，包括如下步骤：

S1、将Pr³⁺掺入Y₃Al₂Ga₃O₁₂中，掺杂摩尔浓度为0.05％，制备得到合成材料。

按化学计量比称取Y₂O₃、Al₂O₃、Ga₂O₃、Pr₆O₁₁，充分混合研磨后，将混合物在空气氛围中在1500℃烧结3小时，自然冷却到室温后，再将烧结体充分研磨后得到需要的热释光合成材料Y_2.9985Pr_0.0015Al₂Ga₃O₁₂。用240nm紫外光进行激发，得到合成材料在室温的光致发光光谱，如图3(a)所示。光谱由4f¹5d¹→4f²的宽带(260-450nm)、³P₀→³H₄(485nm)、¹D₂→³H₄(605nm)以及系列发射线组成。用254nm紫外光辐照合成材料(充能)后，测得室温的热释光谱，如图3(b)所示，具有和光致发光相同的发射谱形。

S2、对获得的合成材料进行热释发光测试，筛选出温度跨度大于20℃的存在热释发光的测温材料。

将步骤S1中所获得的合成材料置于-20℃的冷热台上，用254nm紫外光辐照合成材料5分钟，然后监测485nm的热释光发射，加热台以1℃/s的升温速率加热到400℃。测得的热释曲线如图4所示。可见，根据步骤S1制备的合成材料在大约20℃到300℃都存在热释发光现象，符合本发明中限定的在大于20℃范围内存在热释发光的条件。所以步骤S1制备的合成材料适合作为测温材料。

S3、对测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立热释光强度比依赖于环境温度的标准热释光测温曲线。

在20℃到300℃范围内，每隔10℃对测温材料测量一个热释光发射谱，在每个温度测量光谱前都需用254nm紫外光进行辐照。将获得的光谱按605nm(¹D₂→³H₄)进行归一化，得到不同温度的热释发射光谱，如图5所示。显然，随着温度的增加，4f¹5d¹→4f²的宽带发射和³P₀→³H₄(485nm)的线发射都逐渐降低。在实施例1中，选择4f¹5d¹→4f²的宽带发射和¹D₂→³H₄发射的比值作为热释光强度比的定义值。I₁定义为260-450nm波段的积分强度，I₃定义为595-625nm波段的积分强度，则热释光强度比为：I₁/I₃。对图5中的每个光谱进行上述计算，则得到图6中的黑色数据点，将这些数据点进行多项式拟合，最终得到测温材料的标准热释光测温曲线。进一步可以计算出这种材料的绝对灵敏度和相对灵敏度，如图7所示。

S4、采用紫外线对测温材料进行充能，再将充能后的测温材料置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并基于热释光发射光谱计算热释光强度比(计算过程与建立标准热释光测温曲线过程中热释光强度比的计算过程一致)，将热释光强度比带入到标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。

经步骤S2筛选出的测温材料可用于20℃到300℃范围内的温度测量。

实施例2

本实施例2与实施例1所制备的合成材料相同。在本实施例2中，选择³P₀→³H₄(485nm)和¹D₂→³H₄发射的比值作为热释光强度比的定义值。I₂定义为460-520nm波段的积分强度，I₃定义为595-625nm波段的积分强度，则热释光强度比为：I₂/I₃。

对图5中的每个光谱进行上述计算，则得到图8中的灰色数据点，将这些数据点进行多项式拟合，得到基于测温材料的标准热释光测温曲线。进一步可以计算出该测温材料的绝对灵敏度和相对灵敏度，如图9所示。

实施例3

S1、将Pr³⁺掺入Lu₂SiO₅中，掺杂摩尔浓度为0.01％，制备得到合成材料。

按化学计量比称取Lu₂O₃、SiO₂、Pr₆O₁₁，充分混合研磨后，将混合物在空气氛围中在1350℃烧结3小时，自然冷却到室温后，再将烧结体充分研磨后得到需要的热释光合成材料Lu_1.9998Pr_0.0002SiO₅。

S2、对获得的合成材料进行热释发光测试，筛选出温度跨度大于20℃的存在热释发光的测温材料。

将步骤S1中所获得的合成材料置于30℃的冷热台上，用254nm紫外光辐照合成材料5分钟，然后监测610nm的热释光发射，加热台以1℃/s的升温速率加热到500℃。测得的热释曲线如图4所示。可见，根据步骤S1制备的合成材料在大约30℃到420℃都存在热释发光现象，符合本发明中限定的在大于20℃范围内存在热释发光的条件。所以步骤S1制备的合成材料适合作为测温材料。

S3、对测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立热释光强度比依赖于环境温度的标准热释光测温曲线。

在30℃到420℃范围内，每隔30℃对测温材料测量一个热释光发射谱，在每个温度测量光谱前都需用254nm紫外光进行辐照。将获得的光谱按630nm进行归一化，得到不同温度的热释发射光谱，如图10所示。显然，随着温度的增加，610nm的发射逐渐降低。在本实施例3中，选择4f¹5d¹→4f²的宽带发射和¹D₂→³H₄发射的比值作为热释光强度比的定义值。I₁定义为605-615nm波段的积分强度，I₂定义为640-650nm波段的积分强度，则热释光强度比为：I₁/I₂。对图10中的每个光谱进行上述计算，则得到图11中的黑色数据点，将这些数据点进行多项式拟合，最终得到测温材料的标准热释光测温曲线。进一步可以计算出这种材料的绝对灵敏度和相对灵敏度，如图12所示。

S4、采用紫外线对测温材料进行充能，再将充能后的测温材料置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并基于热释光发射光谱计算热释光强度比，将热释光强度比带入到标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。

经步骤S2筛选出的测温材料可用于30℃到420℃范围内的温度测量。

实施例4

S1、将Pr³⁺掺入LiYGeO₄中，掺杂摩尔浓度为0.5％，制备得到合成材料。

按化学计量比称取Li₂CO₃、Y₂O₃、GeO₂、Pr₆O₁₁，充分混合研磨后，将混合物在空气氛围中在1100℃烧结5小时，自然冷却到室温后，再将烧结体充分研磨后得到需要的热释光合成材料LiY_0.995Pr_0.005GeO₄。

S2、对获得的合成材料进行热释发光测试，筛选出温度跨度大于20℃的存在热释发光的测温材料。

将步骤S1中所获得的合成材料置于-100℃的冷热台上，用254nm紫外光辐照合成材料5分钟，然后监测610nm的热释光发射，加热台以1℃/s的升温速率加热到500℃。测得的热释曲线如图4所示。可见，根据步骤S1制备的合成材料在大约-100℃到320℃都存在热释发光现象，符合本发明中限定的在大于20℃范围内存在热释发光的条件。所以步骤S1制备的合成材料适合作为测温材料。

S3、对测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立热释光强度比依赖于环境温度的标准热释光测温曲线。

在-100℃到320℃范围内，每隔30℃对测温材料测量一个热释光发射谱，在每个温度测量光谱前都需用254nm紫外光进行辐照。将获得的光谱按598nm(¹D₂→³H₄)进行归一化，得到不同温度的热释发射光谱，如图13所示。显然，随着温度的增加，655nm(³P₀→³H₆)的发射逐渐降低。在本实施例4中，选择4f¹5d¹→4f²的宽带发射和¹D₂→³H₄发射的比值作为热释光强度比的定义值。I₁定义为640-670nm波段的积分强度，I₂定义为590-620nm波段的积分强度，则热释光强度比为：I₁/I₂。对图13中的每个光谱进行上述计算，则得到图14中的黑色数据点，将这些数据点进行多项式拟合，最终得到测温材料的标准热释光测温曲线。进一步可以计算出这种材料的绝对灵敏度和相对灵敏度，如图15所示。

S4、采用紫外线对测温材料进行充能，再将充能后的测温材料置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并基于热释光发射光谱计算热释光强度比，将热释光强度比带入到标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。

经步骤S2筛选出的测温材料可用于-100℃到320℃范围内的温度测量。

实施例5

S1、将Pr³⁺掺入Y₃Al₅O₁₂中，掺杂摩尔浓度为1％，制备得到合成材料。

按化学计量比称取Y₂O₃、Al₂O₃、Pr₆O₁₁，充分混合研磨后，将混合物在空气氛围中在1550℃烧结5小时，自然冷却到室温后，再将烧结体充分研磨后得到需要的热释光合成材料Y_2.97Pr_0.03 Al₅O₁₂。

S2、对获得的合成材料进行热释发光测试，筛选出温度跨度大于20℃的存在热释发光的测温材料。

将步骤S1中所获得的合成材料置于-100℃的冷热台上，用254nm紫外光辐照合成材料5分钟，然后监测610nm的热释光发射，加热台以1℃/s的升温速率加热到500℃。测得的热释曲线如图4所示。可见，根据步骤S1制备的合成材料在大约-100℃到470℃都存在热释发光现象，符合本发明中限定的在大于20℃范围内存在热释发光的条件。所以步骤S1制备的合成材料适合作为测温材料。

S3、对测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立热释光强度比依赖于环境温度的标准热释光测温曲线。

在-100℃到470℃范围内，每隔30℃对测温材料测量一个热释光发射谱，在每个温度测量光谱前都需用254nm紫外光进行辐照。将获得的光谱按485nm(³P₀→³H₄)进行归一化，得到不同温度的热释发射光谱，如图16所示。显然，随着温度的增加，610nm(¹D₂→³H₄)的发射逐渐降低。在本实施例5中，选择4f¹5d¹→4f²的宽带发射和¹D₂→³H₄发射的比值作为热释光强度比的定义值。I₁定义为595-620nm波段的积分强度，I₂定义为475-495nm波段的积分强度，则热释光强度比为：I₁/I₂。对图16中的每个光谱进行上述计算，则得到图17中的黑色数据点，将这些数据点进行多项式拟合，最终得到测温材料的标准热释光测温曲线。进一步可以计算出这种材料的绝对灵敏度和相对灵敏度，如图18所示。

S4、采用紫外线对测温材料进行充能，再将充能后的测温材料置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并基于热释光发射光谱计算热释光强度比，将热释光强度比带入到标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。

经步骤S2筛选出的测温材料可用于-100℃到470℃范围内的温度测量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将稀土元素Pr³⁺掺入不同的无机氧化物中，制备得到不同种类的掺杂摩尔浓度为0.0001％～10％的合成材料；

S2、对不用种类的合成材料进行热释发光测试，筛选出在预设温度范围内发出热释光的测温材料，测温材料的无机氧化物为Y₃Al₂Ga₃O₁₂、Lu₂SiO₅、LiYGeO₄或Y₃Al₅O₁₂；

S3、对所述测温材料进行不同温度的热释光谱测试，建立热释光强度比依赖于环境温度的标准热释光测温曲线；热释光强度比通过热释光谱中Pr³⁺的4f¹5d¹能级与¹D₂能级的跃迁强度比值确定或通过热释光谱中Pr³⁺的³P_J能级与¹D₂能级的跃迁强度比值确定；其中，J＝0，1，2；

S4、采用紫外线对所述测温材料进行充能，再将充能后的测温材料置于被测环境中，测量热释光发射光谱，并基于所述热释光发射光谱计算所述热释光强度比，将所述热释光强度比带入到所述标准热释光测温曲线中，计算得到被测环境的温度。

2.如权利要求1所述的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，其特征在于，所述预设温度范围的跨度为20℃。

3.如权利要求1或2所述的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，其特征在于，不同种类的合成材料的掺杂摩尔浓度为0.0001％～1％。

4.如权利要求1所述的基于稀土元素掺杂的热释发光测温方法，其特征在于，步骤S3包括具体包括如下步骤：

S31、将所述测温材料放在温度确定的环境中达到热平衡；

S32、用紫外光激发环境中的测温材料，Pr³⁺基态的电子或测温材料价带的电子被激发到测温材料的导带中，进入所述导带的电子被测温材料中的陷阱俘获；

S33、当停止紫外光激发后，被所述陷阱俘获的电子因环境中的热激励被释放到所述导带中，并转移到Pr³⁺的激发态，实现跃迁发光；

S34、将不同温度下确定的热释光强度比绘制成温度的单调函数，得到所述标准热释光测温曲线。

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