CN117925233A - 一种负热膨胀材料荧光薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种负热膨胀材料荧光薄膜及其制备方法和应用，属于可视化温度传感领域。本发明通过将Y2Mo3O12:Eu荧光粉和Y2Mo3O12:Tb荧光粉混合研磨得到Y2Mo3O12:Eu/Tb荧光粉，然后将Y2Mo3O12:Eu/Tb荧光粉与PDMS液体混合、烘干后得到负热膨胀材料荧光薄膜。本发明使用295nm光激发，将荧光粉从20℃‑300℃升温，荧光颜色从绿色变为黄色再变为红色，通过调控荧光颜色对温度的变化，实现了对温度的估计，另外本发明所述负热膨胀材料荧光薄膜与常规的以荧光强度对温度的变化来进行温度估计的荧光粉相比较，其能更加方便，快捷的感知温度，能对温度的变化实现视觉的感官。
Description
技术领域
本发明属于可视化温度传感领域，具体涉及一种负热膨胀材料荧光薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
温度传感器是一种能够测量环境或物体的温度的设备，广泛应用于工业、农业、医疗、环境监测等领域，对于控制和监测温度起着关键作用。传统的温度传感器采用电阻温度计、热电温度计、热电偶等原理进行测量，这些传感器需要通过电路进行信号转换和处理，然后输出一个电压或电流信号，再通过显示器或记录仪进行显示和记录。然而，这种方式存在着测量范围窄、响应时间慢、易受干扰等问题。为了解决传统温度传感器的问题，可视化温度传感器应运而生。可视化温度传感器是指一种能够直接显示温度的设备，通过在传感器上加入显示元件，将温度变化直接转换为可见的信号，从而简化了传感器与显示器之间的电路连接和信号处理过程，提高了测量的准确性和实时性。可视化温度传感器主要有以下几个特点和优势：实时显示：可视化温度传感器能够直接显示温度，无需进行信号转换和处理，实时性更强。直观易懂：传统温度传感器需要通过数值或曲线进行解读，而可视化温度传感器以图形、颜色等方式直观地显示温度，更易于理解和判断。简化操作：可视化温度传感器不需要额外的操作和设置，只需将传感器放置在需要测量的位置即可，减少了操作的复杂性。广泛应用：可视化温度传感器可以应用于各种环境和物体的温度测量，例如实验室的温度监测、工业过程的控制、农业灌溉的调节等。综上所述，可视化温度传感器是一种新型的温度测量设备，具有直观、实时和简化操作等优势。随着科技的不断进步，可视化温度传感器将在各个领域得到更广泛的应用和发展。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种负热膨胀材料荧光薄膜及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法包括：
(1)将Eu2O3与Tb4O7分别加入Y2O3和MoO3的混合物中，加入乙醇研磨得到混合物料A和混合物料B；
(2)将混合物料A和混合物料B分别煅烧得到Y2Mo3O12:Eu荧光粉和Y2Mo3O12:Tb荧光粉；
(3)将Y2Mo3O12:Eu荧光粉和Y2Mo3O12:Tb荧光粉按照摩尔比1：1进行混合研磨得到负热膨胀材料荧光粉。
(4)将制备PDMS的基础聚合物与交联剂混合，再将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu/Tb加入混合好的PDMS液体中，然后滴在平板玻璃上，放入烘箱静置5h即可得到负热膨胀材料荧光薄膜。
作为本发明的优选实施方案，所述Eu2O3、Y2O3和MoO3的摩尔比为0.02：0.98：3.00。
作为本发明的优选实施方案，所述Tb4O7、Y2O3和MoO3的摩尔比为0.0375：0.9250：3.0000。
作为本发明的优选实施方案，所述煅烧的温度为850℃，时间为6小时，升温速率为5℃/min，气氛为空气。
作为本发明的优选实施方案，所述研磨的时间为10min。
作为本发明的优选实施方案，所述基础聚合物、交联剂以及负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu/Tb的质量比为2：0.2：1。
作为本发明的优选实施方案，所述基础聚合物为聚二甲基硅氧烷，交联剂为铂金催化剂。
本发明还要求保护所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法制备的负热膨胀材料荧光薄膜。
本发明还要求保护所述负热膨胀材料荧光粉在可视化温度传感上的应用。
所制备的负热膨胀材料荧光薄膜作为可视化温度传感的应用，包括如下步骤：
(1)将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu/Tb进行20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃加热，在295nm光激发下，利用F7000荧光光谱仪测试得到荧光光谱图；
(2)将荧光光谱通过色坐标软件直接计算得得到的荧光粉在各加热温度下的CIE颜色坐标；
(3)在CIE色度坐标图中绘制步骤(2)得到的颜色坐标，观察到随着温度的升高，荧光颜色和颜色坐标由红色，变为黄色，最后变为绿色，根据荧光颜色或颜色坐标可以快速的估计实时温度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明以负热膨胀材料Y2Mo3O12作为基质，通过单掺杂Eu、Tb来获得红光与绿光发射，利用与Eu的能量传递实现热增强，Tb的热淬灭，利用PDMS液体与负热膨胀荧光粉的混合制备负热膨胀荧光薄膜。使用295nm光激发，将荧光粉从20℃-300℃升温，通过调控荧光颜色对温度的变化，实现了对温度的估计，另外本发明所述负热膨胀材料荧光薄膜与常规的以荧光强度对温度的变化来进行温度估计的荧光粉相比较，其能更加方便，快捷的感知温度，能对温度的变化实现视觉的感官。
附图说明
图1为实施例1、对比例1-2所制备负热膨胀材料荧光粉在295nm紫外灯激发下，20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃温度下的由F7000荧光光谱仪测得的荧光光谱图；(a)对比例1所制备负热膨胀材料荧光粉的荧光光谱图，(b)对比例2所制备负热膨胀材料荧光粉的荧光光谱图，(c)实施例1所制备负热膨胀材料荧光粉的荧光光谱图。
图2为实施例1、对比例1-2所制备负热膨胀材料荧光粉通过荧光光谱图得到的CIE颜色坐标图，从左到右一次是对比例1所制备负热膨胀材料荧光粉的CIE颜色坐标图、对比例2所制备负热膨胀材料荧光粉的CIE颜色坐标图、实施例1所制备负热膨胀材料荧光粉的CIE颜色坐标图。
图3为实施例1制备的负热膨胀材料荧光薄膜在紫外灯照射下，20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃温度下薄膜的颜色变化图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、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：
一种负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法包括：
(1)将Eu2O3与Tb4O7分别加入Y2O3和MoO3的混合物中，加入乙醇研磨得到混合物料A和混合物料B。
(2)将混合物料A和混合物料B分别装在氧化铝坩埚中放入箱式炉中，在空气气氛条件下，以5℃/min的升温速率升到850℃烧结6小时，冷缺后即可得到Y2Mo3O12:Eu荧光粉和Y2Mo3O12:Tb荧光粉。
(3)将Y2Mo3O12:Eu荧光粉和Y2Mo3O12:Tb荧光粉按照摩尔比1：1放入陶瓷研钵中研磨10min得到所需的负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu/Tb。
(4)将制备PDMS的基础聚合物与交联剂混合，再将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu/Tb加入混合好的PDMS液体中，将混合后的液体滴在平板玻璃上，放入烘箱静置5h即可得到负热膨胀材料荧光薄膜。
所制备的负热膨胀材料荧光薄膜作为可视化温度传感的应用，包括如下步骤：
(1)将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu/Tb进行20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃加热，利用F7000荧光光谱仪测试得到如图1(c)所示的荧光光谱图，从光谱上可以看出绿光峰(550nm)随温度升高荧光强度逐渐降低，红光峰(617nm)随温度升高逐渐增加，表明温度的变化会导致颜色的改变。
(2)通过荧光光谱得到的CIE颜色坐标左边如图2所示，随温度的升高，CIE颜色坐标从绿色(0.349，0.476)变为黄色(0.365，0.465)再变为红色(0.519，0.312)，具体的CIE颜色坐标下表1：
表1
(3)根据在CIE色度坐标图中，观察到随着温度的升高，荧光颜色和颜色坐标由红色，变为黄色，最后变为绿色，可根据荧光颜色或颜色坐标可以快速的估计实时温度。
另外，根据图2所示，颜色坐标与温度存在一定的关系曲线，也可以根据荧光颜色在CIE色度坐标，就能够快速的估计温度值，实现了快捷，简便的温度传感方式。
图3为实施例1所制备的负热膨胀荧光薄膜在紫外灯照射下，20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃温度下薄膜的颜色变化图，可以观察到荧光颜色由绿色到黄色再到红色的颜色变化，可以实时的感知温度的变化，快速估计温度。
对比例1：
一种负热膨胀材料荧光粉的制备方法包括：
(1)将Eu2O3加入Y2O3和MoO3的混合物中，加入乙醇研磨得到混合物料A。
(2)将混合物料A装在氧化铝坩埚中放入箱式炉中，在空气气氛条件下，以5℃/min的升温速率升到850℃烧结6小时，冷缺后即可得到Y2Mo3O12:Eu荧光粉。
所制备的负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu作为可视化温度传感的应用：
(1)将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu进行20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃加热，利用F7000荧光光谱仪测试得到如图1(a)所示的荧光光谱图，红光峰(617nm和707nm)随温度升高逐渐增加，通过荧光光谱得到的CIE色坐标如图2所示，荧光颜色无变化，其无法通过颜色来感知温度，其具体颜色坐标如下表2：
表2
(3)在CIE色度坐标图中荧光颜色坐标几乎无变化，因此通过颜色坐标的变化也不能估计温度值。
对比例2：
一种负热膨胀材料荧光粉的制备方法包括：
(1)将Tb4O7加入Y2O3和MoO3的混合物中，加入乙醇研磨得到混合物料A。
(2)将混合物料A装在氧化铝坩埚中放入箱式炉中，在空气气氛条件下，以5℃/min的升温速率升到850℃烧结6小时，冷缺后即可得到Y2Mo3O12:Tb荧光粉。
所制备的负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Tb作为温度测温的应用：
(1)将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Tb进行20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃加热，利用F7000荧光光谱仪测试得到如图1(b)所示的荧光光谱图，绿光峰(550nm，497nm)随温度升高逐渐降低，通过荧光光谱得到颜色CIE坐标如图2所示，发光颜色发生了从绿色(0.277，0.517)到蓝绿色(0.189，0.208)的变化。具体颜色CIE坐标如下表3:
表3
但对比例2所制备的Y2Mo3O12:Tb材料在20℃-300℃温度时，其荧光颜色发生了双色的变化，相比较实施例1，颜色的变化不明显，对温度的感知不强，不能快捷，灵敏的感知温度的变化，不利于对温度的估计。
对比例3：
一种负热膨胀材料荧光粉的制备方法包括：
(1)将Eu2O3，Tb4O7加入Y2O3和MoO3的混合物中，加入乙醇研磨得到混合物料A。
(2)将混合物料A装在氧化铝坩埚中放入箱式炉中，在空气气氛条件下，以5℃/min的升温速率升到850℃烧结6小时，冷缺后即可得到Y2Mo3O12:Eu，Tb荧光粉。
所制备的负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu，Tb作为温度测温的应用：
将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu，Tb进行20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、220℃、260℃、300℃加热，样品的荧光变化不明显，利用F7000荧光光谱仪测试的荧光光谱图显示绿光(550nm)荧光强度随温度升高逐渐降低，红光(617nm)荧光强度基本不发生变化。相比较实施例，其荧光颜色的变化不如实施例明显，其对荧光颜色对温度的感知不够灵敏，利用其做为可视化温度传感的运用可能会存在偏差。
综上所述，本发明实施例1制备的负热膨胀薄膜运用于可视化温度传感，可以通过观测颜色的变化来感知温度的变化，通过观测实时颜色，对比颜色坐标，即估计实时的温度，证明其具有极大潜力运用于可视化温度传感。
上面对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将Eu2O3与Tb4O7分别加入Y2O3和MoO3的混合物中，加入乙醇研磨得到混合物料A和混合物料B；
(2)将混合物料A和混合物料B分别煅烧得到Y2Mo3O12:Eu荧光粉和Y2Mo3O12:Tb荧光粉；
(3)将Y2Mo3O12:Eu荧光粉和Y2Mo3O12:Tb荧光粉按照摩尔比1：1进行混合研磨得到负热膨胀材料荧光粉。
(4)将制备PDMS的基础聚合物与交联剂混合，再将负热膨胀材料荧光粉Y2Mo3O12:Eu/Tb加入混合好的PDMS液体中，然后滴在平板玻璃上，烘干后即可得到负热膨胀材料荧光薄膜。
2.如权利要求1所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法，其特征在于，所述Eu2O3、Y2O3和MoO3的摩尔比为0.02：0.98：3.00。
3.如权利要求1所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法，其特征在于，所述Tb4O7、Y2O3和MoO3的摩尔比为0.0375：0.9250：3.0000。
4.如权利要求1所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为850℃，时间为6小时，升温速率为5℃/min，气氛为空气。
5.如权利要求1所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法，其特征在于，所述研磨的时间为10min。
6.如权利要求1所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法，其特征在于，基础聚合物、交联剂以及负热膨胀材料荧光粉的质量比为2：0.2：1。
7.如权利要求1所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法，其特征在于，基础聚合物为聚二甲基硅氧烷，交联剂为铂金催化剂。
8.权利要求1-7任一项所述负热膨胀材料荧光薄膜的制备方法制备的负热膨胀材料荧光薄膜。
9.权利要求8所述负热膨胀材料荧光薄膜在可视化温度传感上的应用。
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| CN202410071194.8A Pending CN117925233A (zh) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 一种负热膨胀材料荧光薄膜及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117925233A (zh) |
-
2024
- 2024-01-18 CN CN202410071194.8A patent/CN117925233A/zh active Pending
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