一种上下转换长余辉纳米材料的制备方法及其在动力电池安全测温中的应用

本发明涉及长余辉纳米材料的温度传感领域，具体涉及一种温度传感的上下转换长余辉纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车的逐渐普及，其安全问题也愈发受到全社会的重视。当前，由于能源汽车动力电池引发的自燃、爆炸事件层出不穷，为正处于上升势头的新能源汽车市场发展前景蒙上了一层阴云。在此背景下，解决动力电池安全问题已迫在眉睫，因此实现对动力电池的实时精确测温有利于及时对动力电池过热或者自燃现象进行提前预警，这样能够给减少人们的财产损失，乃至争取更多的逃生时间。不过目前对于动力电池的测温系统，依旧存在测量精确度不够、不能及时响应且成本较为昂贵等缺点。

2、在最新的测温技术中，长余辉纳米材料的荧光测温以其纳米级的空间分辨率和惊人的光学性能提供了有效的、非侵入性的测量方法。而比率型荧光测温由于具有良好的耐温性、温度分辨率、响应时间和抗干扰性等优点而被广泛报道。此外，由于在温度检测过程中许多非温度因素很难受到干扰，该方法比其他非接触式检测方法更稳定，长余辉纳米材料的比率荧光测温技术的发展主要是提供具有理想的灵敏度、动态范围和优异的光稳定性的方法。由于稀土掺杂长余辉纳米材料的光谱的多样性为纳米温度计的应用提供了更多的选择。通过控制掺入不同稀土离子，可以合成具有特殊形貌和不同光学性能的单分散纳米颗粒。通常，基于稀土掺杂长余辉纳米材料能态的两个荧光强度比(fir)具有完成温度传感过程的独特优势。利用玻尔兹曼热平衡，很容易用fir计算温度。不过，到目前为止，传统的光学测温通常基于单通道光学信号且基质物不够稳定，这就造成测温不够灵敏，准确度不够，测量范围窄，不能实现较为复杂的场景应用。

3、bi2ga4o9是一种典型的无机氧化物，具有更高的稳定性，绿色无毒。因此bi2ga4o9有望用作光学温度传感领域。而上下转换稀土离子共同掺杂，可在一定范围内产生多个发射带，上下转换发光测温可实现双通道测温，两者所测温度能够互相验证，进一步提高测温的灵敏度、准确性以及应用范围；并且这些发光带具有较强的发光强度，并表现出明显的温度依赖性，通过更高的温度依赖行为，它有望实现对温度检测更高的灵敏度。综合以上优势，将上下转换长余辉纳米材料运用于动力电池安全测温应用，可大大提高动力电池安全测温的精确度，减少响应时间，遇到安全事故能够及时做出预警且成本低廉。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种用于温度传感的上下转换长余辉纳米材料的制备方法和其应用场景。本发明有望解决现有技术中长余辉纳米材料在温度传感上稳定性差、精确度不高、测量范围较窄的问题，使用er、eu离子共掺bi2ga4o9，能够得到一种更优温度传感的上下转换长余辉纳米材料，弥补了传统长余辉纳米材料在温度传感领域的不足，并且根据该材料的宽温度检测范围(室温到高温)以及相应的高灵敏度，有望发展应用于动力电池的测温乃至其高温预警，对于防灾减灾意义重大。

2、本发明的技术方案：

3、本发明第一方面的目的是，提供一种温度传感的上下转换长余辉纳米材料，其通式如下所示：

4、bi2-yga4-xo9:x％er3+,y％eu3+，其中的x＝0～5％，y＝0～7％，且溶液配比严格按照通式加入，所述长余辉纳米材料可以同时被254nm和980nm激光器重复激发，均能够发出多个波长的发射光，用于温度传感，可实现实时精确测温。优选的掺杂量，x分别为0、0.01、0.02、0.03、0.04或0.05，y分别为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06或0.07。

5、本发明第二方面的目的是提供一种上下转换长余辉纳米材料的制备方法，该方法以bi2ga4o9作为基质，以er3+和eu3+为双发光中心，采用简单的共沉淀法制得。将配制好的各离子水溶液按照所述通式的化学计量关系加入混合，搅拌均匀后，调节ph，然后将得到的产物离心，得到的沉淀多次离心洗涤后烘干、煅烧得到成品。

6、上述混合均匀后的溶液ph调为5～9，再持续搅拌4～8h；所述离心的转速为7000～11000rpm；所述洗涤应为酒精或超纯水。

7、上述烘干阶段需温度保持70～120℃，时间为3～10小时；所述煅烧阶段为700～1100℃煅烧1～4h。

8、本发明第三方面的目的是提供以上所述的上下转换长余辉纳米材料在温度传感中的应用。

9、上述应用中，本发明通过共掺杂上转换离子铒和下转换离子铕的掺杂实现了双激发长余辉纳米材料的多个波长的发射光，用于温度传感，可实现实时精确测温。

10、上述应用中，本发明的上下转换长余辉纳米材料的温度传感具有较优异的灵敏度、较宽的温度检测范围以及良好的稳定性，这使得该材料能够对动力电池进行测温乃至高温预警。

11、本发明的优点和有益效果是：

12、本发明有望解决现有技术中长余辉纳米材料在温度传感上稳定性差、精确度不高、测量范围较窄的问题，使用简单易操作且成本低廉的共沉淀方法将er3+、eu3+离子共掺bi2ga4o9，能够得到一种更优温度传感的上下转换长余辉纳米材料，弥补了传统长余辉纳米材料在温度传感领域的不足，并且根据该材料的宽温度检测范围(室温到高温)以及相应的高灵敏度，有望发展应用于动力电池的测温乃至其高温预警，对于防灾减灾意义重大。

技术特征：

1.一种上下转换长余辉纳米材料，该材料的通式为bi2-yga4-xo9:x％er3+,y％eu3+，其中的x＝0～5％，y＝0～7％，所述长余辉纳米材料能够同时被254nm和980nm激光器重复激发。

2.根据权利要求1所述的上下转换长余辉纳米材料，其特征在于：x分别为0、0.01、0.02、0.03、0.04或0.05，y分别为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06或0.07。

3.权利要求1或2所述的上下转换长余辉纳米材料的制备方法，其特征在于：所述的上下转换长余辉纳米材料以bi2ga4o9作为基质，以er3+和eu3+为双发光中心，采用共沉淀法制得。

4.根据权利要求3所述的上下转换长余辉纳米材料的制备方法，其特征在于：共沉淀方法中，将配制好的各离子水溶液按照所述通式的化学计量关系加入混合，搅拌均匀后，ph调为5～9；继续搅拌4～8h。

5.根据权利要求4所述的上下转换长余辉纳米材料的制备方法，其特征在于：溶液沉淀后在7000～11000rpm进行离心分离，酒精、超纯水多次洗涤，最后在温度70～120℃，时间3～10小时条件烘干处理，将所得物研磨成粉末。

6.根据权利要求5所述的上下转换长余辉纳米材料的制备方法，其特征在于：将得到的粉末放入马弗炉里，700～1100℃煅烧1～4h。

7.权利要求1或2所述的上下转换长余辉纳米材料在温度传感中的应用。

8.根据权利要求7所述的上下转换长余辉纳米材料在温度传感中的应用，其特征在于：该纳米材料用于动力电池安全测温，实现实时精确测温以及提前预警。

技术总结
一种上下转换长余辉纳米材料的制备方法及其在动力电池安全测温中的应用，属于长余辉纳米材料的温度传感领域，该材料通过以下制备方法制备，S1、将适量的Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;药品加入稀硝酸溶液中，进行高温高压，配制Ga<supgt;3+</supgt;溶液。S2、将Er(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·5H<subgt;2</subgt;O和Eu(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O溶解，分别配制Er<supgt;3+</supgt;和Eu<supgt;3+</supgt;溶液，将Bi(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·5H<subgt;2</subgt;O和稀硝酸溶液混合，配制成Bi<supgt;3+</supgt;溶液。S3、将上述溶液按照Bi<subgt;2‑</subgt;<subgt;y</subgt;Ga<subgt;4‑x</subgt;O<subgt;9</subgt;:x％Er<supgt;3+</supgt;,y％Eu<supgt;3+</supgt;(x＝0～5％，y＝0～7％)中的比例，加入混合，将溶液的pH值调至5～9。S4、将得到的产物离心，得到的沉淀多次离心洗涤。S5、烘干，并在700‑1100℃空气气氛中煅烧1‑5h后制得材料。本发明所得材料的温度传感具有较优异的灵敏度、较宽的温度检测范围以及良好的稳定性，用于对动力电池进行安全测温乃至事故预警。

技术研发人员：热娜古丽·阿不都热合曼,刘世纪
受保护的技术使用者：喀什大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29