一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料及测温系统的制作方法

本发明涉及材料，特别涉及一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料及测温系统。

背景技术：

1、目前对电力设备温度检测已研究和应用的光学检测方法通常分为两个主要类别：红外-热辐射检测和荧光热成像。其中，红外热辐射检测技术发展已较为成熟，但是红外热辐射测量技术在其大规模应用过程中仍然显示出其不可避免的先天缺陷：(1)当待测物体表面各个区域温差较小时，其检测精度不高，热分辨率极限仅能达到0.1k；(2)待检测的黑体辐射的长红外波长导致室温物体的固有低空间分辨率(约为10μm)，这是由于阿贝衍射极限所决定的，较低的热分辨率及空间分辨率也限制了其探测距离；(3)易受到位于探测器和物体之间的路径中的材料和介质(窗口、涂层、基质、溶剂等)的限制，例如，红外热成像仪检测不到玻璃后物体的温度。而远程光学/荧光热成像技术，荧光热成像技术由于具有较低的衍射极限，可提供更高的空间分辨率及在水和玻璃等常见介质中的透过度，受到了整个领域的重视。

2、基于荧光寿命测量的方法较基于荧光强度的测量方法具有不易受到光散射(样品拓扑结构、荧光材料颗粒形态等)、不均匀的荧光分布、不均匀的荧光材料形态或批次间的影响等优势，是荧光热成像技术中的优选测量方式。但是，现有技术中荧光寿命类材料还存在灵敏度和发光效率比较低的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料及测温系统，用于解决现有技术中荧光寿命类型材料灵敏度和发光效率低的问题。

2、本发明第一方面提供了一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料，包括：基质和掺杂离子；

3、所述基质的化学式为(c9h15n3)znbr4；

4、以所述基质的摩尔质量计，所述掺杂离子的摩尔百分数为0～40％。

5、优选地，所述掺杂离子选自有机阳离子胺盐或金属阳离子。

6、优选地，所述测温材料属于正交晶系，p21/c空间群，单胞参数为β＝109.328(5)°。

7、优选地，所述掺杂离子为二价锰离子(mn2+)。

8、优选地，更为优选地，以所述基质的摩尔质量计，所述掺杂离子的摩尔百分数为1％～40％。

9、更为优选地，以所述基质的摩尔质量计，所述掺杂离子的摩尔百分数为30％。

10、本发明第二方面提供了一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料的制备方法，包括以下步骤：

11、步骤1：在室温下，将1-(2-吡啶基)哌嗪和溴化锌混合，再加入盐酸得到混合溶液；

12、步骤2：将所述混合溶液加热至70℃～90℃，并搅拌至完全溶解，得到澄清溶液；

13、步骤3：将所述澄清溶液进行降温，析出晶体后依次进行过滤和干燥。

14、具体的，步骤3中，所述降温采用的设备为真空烘箱或鼓风烘箱。

15、优选地，步骤3中，所述降温的初始温度为70℃～90℃，所述降温时长为1～7天，所述降温终止温度为室温。

16、可以理解的是，步骤3中，所述降温的速率根据初始温度与终止温度的差值除以降温时长得到。

17、优选地，步骤1中，所述将1-(2-吡啶基)哌嗪和溴化锌混合时，还加入了氯化锰。

18、可以理解的是，当步骤1中添加氯化锰时，制备得到的基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料中掺杂有mn2+。

19、优选地，所述将1-(2-吡啶基)哌嗪、溴化锌和氯化锰的用量根据所制备的测温材料的化学式，按化学式计量配制。

20、本发明第三方面提供了上述测温材料或制备方法所制备的测温材料在温度检测中的应用。

21、具体的，上述测温材料的荧光寿命的热成像原理是：材料中价带上的电子在受到外界激励(紫外线照射)时，吸收光子的能量形成自由激子，之后体系能量升高形成激发态，由于形成激发态过程中的晶格畸变产生陷阱能级，导致自由激子落入陷阱中，成为自束缚激子。这种自束缚激子将通过两种途径回到基态：宽带光发射的辐射复合(发光)和非辐射复合(不产生光发射)。

22、本发明第四方面提供了一种测温系统，包括：上述测温材料或制备方法所制备的测温材料、紫外激发装置、飞行时间-荧光寿命成像相机(tof-flim相机)和数据分析仪器；

23、所述测温材料涂敷于待测物上；

24、所述紫外激发装置与所述测温材料对应，使得所述紫外激发装置的光束能直射到所述测温材料表面；

25、所述tof-flim相机用于捕捉所述测温材料受到外界激励后的成像数据；

26、所述数据分析仪器与所述tof-flim相机连接，用于采集所述成像数据，并将所述成像数据转换为温度数据。

27、具体的，本发明的测温材料荧光寿命随温度产生较大变化的温敏热成像特性，使用荧光寿命成像相机捕捉到该材料中受到外界激励(例如紫外线照射)后不同温度下的成像差异，从而反应物体表面温度。该测温系统可广泛用于工业领域高精度、远距离温度测量或监测场合，例如电力线路或电力设备(变压器、换流阀、电子装置)的温度测试和监测。

28、本发明第五方面提供了一种测温方法，包括以下步骤：

29、s1：将上述测温材料或制备方法所制备的测温材料涂敷于待测物上，采用紫外激发装置向所述待测物发射激发光；

30、s2：采用tof-flim相机捕捉所述测温材料受到所述激光激励后的成像数据，并将所述成像数据传输到数据分析仪器；

31、s3：采用所述数据分析仪器分析所述成像数据，得到待测物温度。

32、优选地，测温材料涂覆于待测物上为旋涂的方式；优选地，涂覆的厚度为0.9mm。

33、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

34、本发明提供了一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料，包括：基质和掺杂离子，所述基质的化学式为(c9h15n3)znbr4；以所述基质的摩尔质量计，所述掺杂离子的摩尔百分数为0～40％。本发明的测温材料的荧光寿命对温度灵敏度高，发光效率高，并且该测温材料制备方法工艺简单，原料成本低、易于大规模技术推广，应用于温度检测中的，具有良好的测温精确度和优异的可测温距离，能在较宽的温度范围内的灵敏检测，理论测温精度可达0.05℃，测量距离达到米的量级。

技术特征：

1.一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料，其特征在于，包括：基质和掺杂离子；

2.根据权利要求1所述的测温材料，其特征在于，所述测温材料属于正交晶系，p21/c空间群，单胞参数为β＝109.328(5)°。

3.根据权利要求2所述的测温材料，其特征在于，所述掺杂离子为二价锰离子。

4.根据权利要求3所述的测温材料，其特征在于，以所述基质的摩尔质量计，所述掺杂离子的摩尔百分数为30％。

5.一种基于荧光发射寿命-温度关系的测温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述降温的初始温度为70～90℃，所述降温时长为1～7天，所述降温终止温度为室温。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述将1-(2-吡啶基)哌嗪和溴化锌混合时，还加入了氯化锰。

8.权利要求1至4任意一项所述的测温材料或权利要求5至7任意一项所述的制备方法所制备的测温材料在温度检测中的应用。

9.一种测温系统，其特征在于，包括：权利要求1至4任意一项所述的测温材料或权利要求5至7任意一项所述的制备方法所制备的测温材料、紫外激发装置、飞行时间-荧光寿命成像相机和数据分析仪器；

10.一种测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种基于荧光发射寿命‑温度关系的测温材料及测温系统。一种基于荧光发射寿命‑温度关系的测温材料，包括：基质和掺杂离子，所述基质的化学式为(C<subgt;9</subgt;H<subgt;15</subgt;N<subgt;3</subgt;)ZnBr<subgt;4</subgt;；以所述基质的摩尔质量计，所述掺杂离子Mn<supgt;2+</supgt;的摩尔百分数为0～40％；本方案的测温材料的荧光寿命对温度灵敏度高，发光效率高，并且该测温材料制备方法工艺简单，原料成本低、易于大规模技术推广，应用于温度检测中的，具有良好的测温精确度和优异的可测温距离，能在较宽的温度范围内的灵敏检测，理论测温精度可达0.05℃，测量距离达到米的量级。

技术研发人员：熊岩,赵静,周月宾,李巍巍,袁智勇,徐义良,杨双飞,杨柳
受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12