一种高灵敏度荧光温感材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及温度探测技术及发光材料等领域。

背景技术：

传统接触式温度探测工具如水银/酒精温度计、热电偶、热敏电阻等需要设备与待测物体接触，在恶劣环境中，测温工具容易损坏。而对于处于移动状态下、散热比较快、对感温物体有腐蚀的元件，此种方法又会产生较大的误差。而非接触式测温具有快速响应，空间分辨率高，可用远程测量等特点，可以更好地满足测量需求。

目前已经投入使用的非接触式温度探测工具是红外测温仪，它是利用红外探测器探测物体表面的热辐射来进行测温的，由于热辐射信号微弱，信噪比低，对设备精度要求高，因而价格十分昂贵。近年来，一种新型的荧光温度探测技术成为科研人员的研究热点。该技术是将在可见波段具有较强荧光发射的材料作为温度探针，通过荧光强度比在不同温度下的变化来测量温度。与物体表面热辐射信号相比，荧光信号具有更高的信噪比，测量结果更为准确，并且对设备要求很低，有利于降低成本，应用前景广阔。

这种荧光温度探针材料要求必须具有两个以上的荧光发射峰，不同发射峰的强度比要有明显的温度依赖性，此外，不同发射峰之间需要有一定波长间隔，以便信号甄别。目前，研究最多的就是掺Er离子的无机发光材料。这类材料的绝对灵敏度最高不超过0.015K^-1(K为绝对温度单位：开尔文)，相对灵敏度最高不超过1.1％K^-1，还不能满足实际应用的需求。此外，Er离子的发射光谱中具有温度依赖性的两个发射峰波长间隔只有20纳米，信号甄别度较差。因此还需要发展性能更加优越的荧光温度探针材料。

在本发明中，我们发明了一种新型荧光温度探针材料：Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀荧光粉。这种材料具有极高的荧光强度，其两个发射峰分别位于491纳米和611纳米，间隔了120纳米，信号甄别度较之于已报道的材料有显著提高。这两个峰强度比值随温度变化十分明显，其最高绝对灵敏度达到了0.40K^-1，较之于掺Er离子的荧光温感材料提高了25倍；最高相对灵敏度达到了1.96％K^-1，比掺Er离子的荧光温感材料提高了接近一倍。因此，是一种极具应用前景的荧光温度探针材料。此外，传统的固相合成法都需要较高的烧结温度和较长的反应时间，本发明提出的制备Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀的方法只需在1050℃的温度下热处理4h，因此，本发明的材料在制备成本上也具有一定优越性。

技术实现要素：

本发明提出一种荧光温度探针材料：该荧光温度探针材料的化学式为Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀，其特征是在四方晶相的Na₂La₂Ti₃O₁₀材料中将2％的La离子替换成Pr离子。

本发明Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀荧光温度探针材料制备方法特征为：

将1.96毫摩尔的La(NO₃)₃·6H₂O,0.04毫摩尔的Pr(NO₃)₃·6H₂O,2毫摩尔的NaNO₃以及4.17毫摩尔的柠檬酸在80毫升甲醇中混合，形成均匀溶液，然后逐滴加入1026微升钛酸四丁酯，搅拌2小时，在70℃的温度下将溶剂蒸干形成胶状物，最后将该胶状物在1050℃温度下煅烧4小时。

本发明荧光粉应用于温度测量：

用波长为312纳米的紫外光照射该荧光粉，粉体呈现两个荧光发射峰，分别位于491纳米和611纳米，如图1所示。这两个峰的强度在30℃到270℃的温度范围内(绝对温度303到543K)随温度变化有显著不同(如图2所示)，其比值与温度倒数成指数关系(如图3所示)。这满足作为荧光温度探测材料的要求，通过测量两个峰的荧光强度比就可以标定出材料所处环境的温度。

值得注意的是，通过实际温度测量计算我们发现该材料的荧光温度绝对灵敏度最高达到0.40K^-1，相对灵敏度达到1.96％K^-1(如图3所示)，较之于目前已报道的其他荧光温感材料有显著提高。此外，本发明的制备方法是基于常温的液相反应，再配合相对较低温度和较短时间的热处理。与传统的直接采用氧化物原料在高温下直接煅烧制备荧光粉的方法相比，本发明的材料在制备成本方面具有显著优越性。

附图说明

图1、Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀荧光粉在不同温度下的发光光谱；

图2、Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀荧光粉的两个发射峰强度随温度变化；

图3、发射峰强度比与温度倒数的指数关系图；

图4、计算得出的温度灵敏度曲线。

具体实施方式

实例1:Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀荧光粉的合成

称取0.85克的La(NO₃)₃·6H₂O,0.017克的Pr(NO₃)₃·6H₂O,0.17克的NaNO₃以及0.8克的柠檬酸在80毫升甲醇中混合，形成均匀溶液，然后逐滴加入1026微升钛酸四丁酯，搅拌2小时，在70℃温度下将溶剂蒸干形成胶状物，最后将该胶状物在1050℃温度下煅烧4小时。

X射线粉末衍射分析表明：产物晶相与四方晶相的Na₂La₂Ti₃O₁₀符合；元素分析表明材料中2％的La离子被Pr离子替代。

实例2：Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀荧光粉的应用

用紫外光(波长312纳米)照射Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀荧光粉；用光谱仪测量Na₂La_1.96Pr_0.04Ti₃O₁₀在491纳米和611纳米处的发射强度；计算强度比数值；然后在图3所给的指数图中比对，就可标定出材料所处环境的温度。