CN114958332A - 一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114958332A CN114958332A CN202210608505.0A CN202210608505A CN114958332A CN 114958332 A CN114958332 A CN 114958332A CN 202210608505 A CN202210608505 A CN 202210608505A CN 114958332 A CN114958332 A CN 114958332A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- luminescent
- fluorescent material
- source
- thermochromic
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K9/00—Tenebrescent materials, i.e. materials for which the range of wavelengths for energy absorption is changed as a result of excitation by some form of energy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7743—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing terbium
- C09K11/7749—Aluminates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
- G01K11/14—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of inorganic materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/20—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using thermoluminescent materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
本发明提供了一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用。本发明的发光热致变色荧光材料的化学式为:Ca2‑2xAl0.997TaO6:0.003Mn4+,xTb3+。本发明的发光热致变色荧光材料的制备方法包括:S1:按照化学式组成将Ca源、Al源、Ta源、Mn源、Tb源和助熔剂混合,得到混合物;S2:对混合物进行研磨、煅烧,得到发光热致变色荧光材料。本发明的发光热致变色荧光材料具有高度的化学稳定性和耐紫外线腐蚀性,可以随温度变化呈现出完全不同的发光变化趋势,能够产生温度依赖的自校准荧光强度比信号,绿/红光荧光强度比对温度反应灵敏,相对温度敏感系数高,在温度传感领域具有良好的应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及功能型发光材料技术领域,尤其是涉及一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用。
背景技术
在热力学领域中,温度是最为重要的参数之一,对温度的精准测量至关重要。目前,最常见的温度测量方法是利用热胀冷缩的原理测量温度,然而该测量方式存在精度较差、响应慢且量程较短等缺陷。随后,开发出基于塞贝克效应的热电偶温度计、电容温度计以及电阻温度计等接触式的温度计,这些测量方式虽然具有高精度、量程广等优势,然而难以在强磁场、强电场以及强腐蚀性的环境下胜任测量要求,同时还具有响应速度慢、平衡时间长等缺点。
与上述测量方式相比,非接触式温度测量技术具有检测灵敏度高、无创、响应快、稳定性高等优势。其中,光学测温技术是依据光学材料的光学性能(如发光强度、发光寿命、发光颜色、峰位、发光带宽等性能)在不同温度下会产生变化的原理而发展起来的新型非接触式温度测量技术。在多种光学测温技术中,FIR(荧光强度比率型,Fluorescenceintensity ratio)技术对测量条件的依赖性较小,来自其他参数(如激发功率波动、荧光检测损耗、大气压力变化等)的测量误差较小,正逐渐成为温度传感的主流。然而,现有FIR光学测温材料存在测温灵敏度低、难以可视化等不足之处。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用,该发光热致变色荧光材料可以随温度变化呈现出完全不同的发光变化趋势,能够产生温度依赖的自校准荧光强度比信号,绿/红光荧光强度比对温度反应灵敏,相对温度敏感系数高。
本发明提供一种发光热致变色荧光材料,其化学式为:Ca2-2xAl0.997TaO6:0.003Mn4 +,xTb3+。该发光热致变色荧光材料基于双发射中心,克服了基于单发射中心的FIR测温材料受热耦合能级差的制约,通过特定的过渡金属/稀土元素联用,显著提高了材料的测温灵敏度。
在上述发光热致变色荧光材料的化学式中,0.024≤x≤0.072。
本发明的发光热致变色荧光材料属于双钙钛矿单斜晶系;该发光热致变色荧光材料的激发光谱位于225-400nm范围,发射光谱位于435-750nm范围;此外,该发光热致变色荧光材料在紫外线激发下且在293-363K之间能够发生由红色至黄色再至绿色的发光光色变化。
本发明还提供上述发光热致变色荧光材料的制备方法,包括如下步骤:
S1:按照化学式组成将Ca源、Al源、Ta源、Mn源、Tb源和助熔剂混合,得到混合物;
S2:对混合物进行研磨、煅烧,得到发光热致变色荧光材料。
步骤S1中,Ca源为CaCO3;Al源为Al2O3;Ta源为Ta2O5;Mn源为MnCO3;Tb源为Tb4O7;助熔剂选自氟化锂和碳酸锂中的至少一种。
步骤S2中,煅烧温度为1450-1550℃,优选为1500℃;煅烧时间为5.5-6.5小时,优选为6小时。
本发明还提供上述发光热致变色荧光材料在温度测量中的应用。
本发明的实施,至少具有以下优势:
1、本发明提供了一种具有高度的化学稳定性和耐紫外线腐蚀性的发光热致变色荧光材料,可在紫外光的激发下,同时发出峰值位于550nm的绿光和710nm的红光,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;
2、本发明的发光热致变色荧光材料的制备方法利用高温固相法进行制备,不仅操作简便,并且在制备过程中不产生废水废气,符合绿色环保理念,易于实现发光热致变色荧光材料产能的放大生产;
3、本发明的发光热致变色荧光材料可产生温度依赖的自校准荧光强度比信号,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5.19%℃-1,在温度传感领域具有良好的应用潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1发光热致变色荧光材料的X射线衍射图;
图2为实施例1发光热致变色荧光材料的变温荧光光谱图;
图3为实施例1发光热致变色荧光材料的相对热灵敏度与温度关系图;
图4为实施例2发光热致变色荧光材料的X射线衍射图;
图5为实施例2发光热致变色荧光材料的变温荧光光谱图;
图6为实施例2发光热致变色荧光材料的相对热灵敏度与温度关系图;
图7为实施例3发光热致变色荧光材料的X射线衍射图;
图8为实施例3发光热致变色荧光材料的变温荧光光谱图;
图9为实施例3发光热致变色荧光材料的相对热灵敏度与温度关系图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的发光热致变色荧光材料的化学式为:Ca2-xAl0.997TaO6:0.003Mn4+,xTb3 +,其中x=0.024。
本实施例的发光热致变色荧光材料的制备方法,步骤如下:
S1:分别按重量比例称取碳酸钙(CaCO3)0.9985g、氧化铝(Al2O3)0.2538g、氧化钽(Ta2O5)1.1047g、碳酸锰(MnCO3)0.0017g、氧化铽(Tb4O7)0.0224g、氟化锂(LiF)0.0960g,将上述原料在玛瑙研钵中研磨15min混合均匀,得到混合物;
S2:将步骤S1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6小时,自然冷却至室温后研磨至均匀粉状,即可得到发光热致变色荧光材料。
图1为本实施例制备的发光热致变色荧光材料的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2所示,在紫外光照射下,本实施例制备的发光热致变色荧光材料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;如图3所示,随着温度上升,本实施例制备的发光热致变色荧光材料的相对热灵敏度呈现先上升后下降的趋势,最高可达5.19K%-1,展现出了较好的温度探测性能。
实施例2
本实施例的发光热致变色荧光材料的化学式为:Ca2-xAl0.997TaO6:0.003Mn4+,xTb3 +,其中x=0.048。
本实施例的发光热致变色荧光材料的制备方法,步骤如下:
S1:分别按重量比称取碳酸钙(CaCO3)0.9529g、氧化铝(Al2O3)0.2538g、氧化钽(Ta2O5)1.1047g、碳酸锰(MnCO3)0.0017g、氧化铽(Tb4O7)0.0449g、氟化锂(LiF)0.0960g,将上述原料在玛瑙研钵中研磨15min,混合均匀,得到混合物;
S2:将步骤S1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6小时,自然冷却至室温后研磨至均匀粉状,即可得到发光热致变色荧光材料。
图4为本实施例制备的发光热致变色荧光材料的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5所示,在紫外光照射下,本实施例制备的发光热致变色荧光材料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;如图6所示,随着温度上升,本实施例制备的发光热致变色荧光材料的相对热灵敏度呈现先上升后下降的趋势,最高可达4.51K%-1,展现出了较好的温度探测性能。
实施例3
本实施例的发光热致变色荧光材料的化学式为:Ca2-xAl0.997TaO6:0.003Mn4+,xTb3 +,其中x=0.072。
本实施例的发光热致变色荧光材料的制备方法,步骤如下:
S1:分别按重量比称取(CaCO3)0.9288g、氧化铝(Al2O3)0.2538g、氧化钽(Ta2O5)1.1047g、碳酸锰(MnCO3)0.0017g、氧化铽(Tb4O7)0.0673g、氟化锂(LiF)0.0960g,将上述原料在玛瑙研钵中研磨15min,混合均匀,得到混合物;
S2:将步骤S1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6小时,自然冷却至室温后研磨至均匀粉状,即可得到发光热致变色荧光材料。
图7为本实施例制备的发光热致变色荧光材料的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8所示,在紫外光照射下,本实施例制备的发光热致变色荧光材料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;如图9所示,随着温度上升,本实施例制备的发光热致变色荧光材料的相对热灵敏度呈现先上升后下降的趋势,最高可达4.66K%-1,展现出了较好的温度探测性能。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种发光热致变色荧光材料,其特征在于,其化学式为:Ca2-2xAl0.997TaO6:0.003Mn4+,xTb3+。
2.根据权利要求1所述的发光热致变色荧光材料,其特征在于,化学式中,0.024≤x≤0.072。
3.根据权利要求1所述的发光热致变色荧光材料,其特征在于,其为双钙钛矿单斜晶系。
4.根据权利要求1所述的发光热致变色荧光材料,其特征在于,其激发光谱位于225-400nm范围,发射光谱位于435-750nm范围。
5.根据权利要求1所述的发光热致变色荧光材料,其特征在于,其在紫外线激发下且在293-363K之间能够发生由红色至黄色再至绿色的发光光色变化。
6.权利要求1-5任一所述的发光热致变色荧光材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:按照化学式组成将Ca源、Al源、Ta源、Mn源、Tb源和助熔剂混合,得到混合物;
S2:对混合物进行研磨、煅烧,得到发光热致变色荧光材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,Ca源为CaCO3;Al源为Al2O3;Ta源为Ta2O5;Mn源为MnCO3;Tb源为Tb4O7。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,助熔剂选自氟化锂和碳酸锂中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,煅烧温度为1450-1550℃,煅烧时间为5.5-6.5小时。
10.权利要求1-5任一所述的发光热致变色荧光材料在温度测量中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210608505.0A CN114958332B (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210608505.0A CN114958332B (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114958332A true CN114958332A (zh) | 2022-08-30 |
CN114958332B CN114958332B (zh) | 2023-07-18 |
Family
ID=82957991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210608505.0A Active CN114958332B (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114958332B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116023942A (zh) * | 2022-09-20 | 2023-04-28 | 宝鸡文理学院 | 一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011132493A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-07-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | フォトクロミック物質及びその製造方法 |
CN103998568A (zh) * | 2011-12-26 | 2014-08-20 | 独立行政法人产业技术综合研究所 | 光致变色物质及其制造方法 |
CN106634997A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-05-10 | 王海容 | 一种复合磷酸盐荧光体及其应用 |
-
2022
- 2022-05-31 CN CN202210608505.0A patent/CN114958332B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011132493A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-07-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | フォトクロミック物質及びその製造方法 |
CN103998568A (zh) * | 2011-12-26 | 2014-08-20 | 独立行政法人产业技术综合研究所 | 光致变色物质及其制造方法 |
CN106634997A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-05-10 | 王海容 | 一种复合磷酸盐荧光体及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
URŠKA KROPF ET AL.: "Elemental Composition of Different Slovenian Honeys Using k0- Instrumental Neutron Activation Analysis", 《JOURNAL OF AOAC INTERNATIONAL》, vol. 100, no. 4, pages 871 - 880 * |
谢春燕: "基于稀土离子(Tb3+,Dy3+)和四价锰(Mn4+)荧光强度比的光学温度传感", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, no. 1, pages 016 - 1005 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116023942A (zh) * | 2022-09-20 | 2023-04-28 | 宝鸡文理学院 | 一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法 |
CN116023942B (zh) * | 2022-09-20 | 2023-11-10 | 宝鸡文理学院 | 一种基于力致发光强度比的可视化力学传感材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114958332B (zh) | 2023-07-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wu et al. | Self-calibrated optical thermometer LuNbO 4: Pr 3+/Tb 3+ based on intervalence charge transfer transitions | |
Li et al. | Luminescence and optical thermometry strategy based on emission and excitation spectra of Pr3+ doped SrMoO4 phosphors | |
CN112745836B (zh) | 一种Eu2+、Eu3+离子共激活的光学温度传感材料及制备方法 | |
CN108840571B (zh) | 一种用于荧光温度探针的双晶相玻璃陶瓷及其制备方法 | |
CN114656964A (zh) | 一种自校准荧光测温材料及其制备方法 | |
CN111073642A (zh) | 一种新型自校准荧光温度探针材料及其制备方法和应用 | |
Wang et al. | A colorimetric optical thermometry of host-sensitized Pr 3+-doped niobate phosphors based on electronic-rich-site strategy | |
CN114958332B (zh) | 一种发光热致变色荧光材料及其制备方法和应用 | |
CN114479853B (zh) | 一种光学温度传感材料及其应用 | |
CN115820252A (zh) | 一种稀土掺杂的多激发光源光学测温型荧光粉及制备方法 | |
CN111073643A (zh) | 一种元素铕和锰共同掺杂的温度探针材料及其制备方法 | |
Sun et al. | Temperature sensing of Sr 3 Y 2 Ge 3 O 12: Bi 3+, Sm 3+ garnet phosphors with tunable sensitivity | |
Yu et al. | Ratiometric optical temperature sensor with wide range and high sensitivity based on the emission of Dy3+ ion-doped Ca5 (PO4) 2SiO4 phosphor | |
Duan et al. | Suitable selection of high-energy state excitation to enhance the thermal stability of Eu 3+ and the sensitivity of La 2 CaSnO 6: Eu 3+, Mn 4+ temperature measuring materials | |
CN109945987B (zh) | 一种在较高温度区间实现高灵敏测温的方法 | |
CN114437725B (zh) | 基于三价铽和三价铕共掺杂的温度传感材料及其制备方法和应用 | |
CN116355613A (zh) | 一种高灵敏度自激活荧光测温材料及其制备方法 | |
CN114292648B (zh) | 一种基于铈和锰掺杂的镁铝尖晶石荧光温度传感材料及其在温度测量中的应用 | |
Ogugua et al. | Effect of annealing conditions on the luminescence properties and thermometric performance of Sr 3 Al 2 O 5 Cl 2: Eu 2+ and SrAl 2 O 4: Eu 2+ phosphors | |
CN113403075B (zh) | 一种Mn4+-Sm3+共掺杂的锑酸盐荧光温度探针材料及其制备方法和应用 | |
CN108675641A (zh) | 一种双模式温度传感的微晶玻璃及其制备方法和应用 | |
CN111139074B (zh) | 一种温敏荧光粉及其制备方法和应用 | |
CN113462389A (zh) | 一种可热致变色的荧光测温材料及其制备方法和应用 | |
Hui et al. | White-emitting orthosilicate phosphor α-Sr 2 SiO 4: Ce 3+/Eu 2+/K+: a bimodal temperature sensor with excellent optical thermometric sensitivity | |
CN110484255A (zh) | 一种能够用于温度测量的荧光材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |