[发明专利]一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其在温度传感器中的应用

说明书

本发明公开了一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其在温度传感器中的应用。本发明所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在980nm激光激发下，铥离子具有两个热耦合能级¹G₄₍₁₎和¹G₄₍₂₎，分别可以通过¹G₄₍₁₎→³H₆和¹G₄₍₂₎→³H₆辐射跃迁发射出位于475 nm和485 nm的上转换蓝光，并在80～740K温度范围内，铥镱双掺杂七铝酸十二钙的蓝光荧光强度比（FIR）和温度之间存在特定的变化规律，即：FIR=1.43×exp(‑645.95/T)+0.48，并且该材料的最大温度敏感度为0.00119K^‑1，具有应用于温度传感器的潜力。

技术领域

本发明属于光学技术领域，更具体地，涉及一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其在温度传感器中的应用。

背景技术

非接触式光学温度传感器具有绝缘性、分辨率高、成本低和耐高温酸碱等优点，相比传统接触式温度传感器，例如热电偶、热电阻、温度计等，可以更广泛的应用于某些恶劣测试环境中。在众多非接触式光学温度传感器中，包括红外测温仪和拉曼技术等，上转换荧光温度传感器基于荧光强度比技术（FIR，Fluorescence Intensity Ratio），具有反应快，准时检测，高敏感度和分辨率的优势，因此成为当前的研究热点之一。

众所周知，稀土上转换荧光辐射是指利用镶嵌于基质材料晶格的稀土离子将两个或两个上的长波长光子能量叠加并转变为一个短波长光子的过程。上转换发光基质材料作为发光离子的载体，为上转换发光过程提供合适的晶格环境，具有非常重要的意义。

七铝酸十二钙作为（12CaO∙7Al₂O₃，C12A7）是一种宽带隙半导体氧化物材料（Eg>6eV），因其自身独特的笼状微结构在经过还原处理后，能够由绝缘体变为半导体，甚至变为导体。由此，具有独特笼状结构和广泛功能性的C12A7，引起国内外学者的密切关注。值得注意的是，C12A7自身独特的笼状微结构使其晶格能够容纳大量的外来杂质，为稀土离子的掺杂改性提供了优越条件，非常有利于将近红外光通过上转换技术转换为可见光。

因此，以C12A7做为上转换荧光辐射的基质材料制备上转换荧光温度传感器具有极大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙。本发明通过共沉淀法制备花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙材料，其在980nm激光激发下，铥离子的热耦合能级对¹G₄₍₁₎和¹G₄₍₂₎可以通过辐射跃迁发射出475nm和485nm上转换蓝光，可利用FIR技术，通过研究上转换荧光强度比随温度变化而变化的规律，可得到拟合方程为FIR=1.43*exp(-645.95/T)+0.48，其中∆E/k_B=645.95；并得到花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙材料的最大温度敏感度为0.00119K^-1。

本发明的另一目的在于提供所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在温度传感器中的应用。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：

一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的制备过程包括：

S1. 将原料硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源溶于水中配成混合溶液；

S2. 将混合溶液的pH值调节至7～8，发生化学共沉淀反应，分离得到沉淀；

S3. 将得到的沉淀干燥，然后在600～1100℃条件下煅烧8～10h；研磨后即可得到所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙；