[发明专利]一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料及其制备方法和在光学温度传感器中的应用

说明书

本发明涉及一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料及其制备方法和在光学温度传感器中的应用。本发明利用稀土离子荧光强度比技术进行温度探测，通过研究铒离子热耦合能级上转换荧光强度比随温度变化而变化的情况，来实现铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料在光学温度传感器中的应用。本发明使用溶剂热法成功将铒离子和镱离子掺杂入铌酸钠晶格中，工艺简单；制备得到的上转换材料在980nm激光的激发下，通过特定辐射跃迁发射两波段上转换可见绿光，通过模拟荧光强度比与温度之间的方程，得出其FIR=8.75*exp(‑993.5/T)+0.0984，其中∆E/k=993.5；最大温度灵敏度为0.0052K^‑1，有成为温度传感器的潜力。

技术领域

本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料及其制备方法和在光学温度传感器中的应用。

背景技术

光学温度传感器是指利用稀土离子荧光强度比（FIR，FluorescenceIntensityRatio）技术进行温度探测。FIR技术是通过探测稀土离子中热耦合能级产生的上转换荧光强度比随温度的变化关系来表征环境中的温度。光学温度传感器具有可非接触、高准确度和高灵敏度及优良的抗干扰力，相较于传统的接触式温度传感器，可应用于更恶劣的环境，例如高压环境及无人区温度遥感探测等。众多稀土离子中，稀土Er³⁺离子的热耦合能级⁴S_3/2和²H_11/2之间的能量差大约为780 cm^-1，满足FIR技术中热偶能级差（200cm^-1~2000cm^-1）的要求范围，成为科研人员的研究热点之一。铌酸钠是一种碱性铌酸盐，它具有高熔点、化学稳定性强和对环境无污染等优点。但是目前还未有稀土离子掺杂铌酸钠上转换材料应用于光学温度传感器中的相关报导。

因此，开发一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料，弥补其在光学温度传感器应用方面的研究空白，进一步扩宽其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中铌酸钠上转换材料在光学温度传感器应用方面的研究空白，提供一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料在光学温度传感器中的应用。本发明利用FIR技术研究发现铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料荧光强度比可随温度变化而变化，可将其应用于光学温度传感器。

本发明的另一目的在于提供一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料在光学温度传感器中的应用。

本发明利用FIR技术研究发现铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料在980nm激光的激发下，产生²H_11/2→⁴I_15/2和⁴S_3/2→⁴I_15/2辐射跃迁发出的上转换绿光，两个热耦合能级²H_11/2和⁴S_3/2发射的绿光荧光强度比随着温度的改变而改变，从而拓宽了其在光学温度传感器中的应用。

优选地，所述铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料为方块状，粒径为0.5~1.5μm。

本发明还提供一种铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将铒源、镱源、铌源和钠源溶解于溶剂中得到混合溶液；所述铒源、镱源、铌源和钠源的摩尔比为1~21.14:10.57~50: 110.8~366.7:10687；所述溶剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述水和乙二醇的体积比为1:1~4。