[发明专利]一种基于双发光中心纳米晶近红外荧光的高灵敏测温方法

说明书

本发明公开了一种基于双发光中心纳米晶近红外荧光的高灵敏测温方法，属于稀土发光材料测温领域，制备的Nd³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶在980 nm激光照射下，通过测量不同温度下Nd³⁺离子发射的上转换近红外荧光谱和Yb³⁺离子发射的下转换近红外荧光谱，计算Nd³⁺离子荧光带与Yb³⁺离子荧光谱的积分强度比，建立荧光强度比与温度的数学模型，Nd³⁺和Yb³⁺离子间热增强的声子辅助能量传递解决了稀土离子上转换荧光的热猝灭问题，且完全分离的荧光光谱提高了传感器的信号分辨率，本发明利用Nd³⁺和Yb³⁺离子近红外荧光强度比进行温度传感，具有更高的信号分辨率、灵敏度及温度分辨率，温度测量准确度更高。

技术领域

本发明涉及一种基于双发光中心纳米晶近红外荧光的高灵敏测温方法，属于稀土发光材料测温领域。

背景技术

现有测温技术按工作原理可分为接触式和非接触式温度传感器，热电偶等传统接触式温度传感器因其接触式的工作原理无法满足纳米电子元器件、生物医学等微纳米规模的温度传感。此外，接触式温度传感器在强腐蚀性、高压强磁等极端环境下不能正常工作，使其应用受到较大限制。近年来，发展的红外热成像法、拉曼法等基于光学特性的非接触式光温传感技术易受测量环境因素影响，而且有的存在灵敏度和精确度不高、空间分辨率低等缺点，无法实现高精度温度的测量和控制。半接触式的稀土离子掺杂发光测温材料具有灵敏度高、空间分辨率高和响应速度快等特点，可实现微纳米规模和极端环境下的温度测量。

荧光强度比(FIR)测温技术因能够克服周边环境、泵浦光强波动及光谱损失等因素对测温结果的影响而被广泛应用。目前，FIR测温技术多是基于稀土离子热耦合能级对(TCL)的荧光强度比值进行温度传感。为了符合玻尔兹曼分布规则实现温度测量，TCL能级差应在200～2000cm^-1间，如Er³⁺的²H_11/2和⁴S_3/2能级、Tm³⁺的³F_2,3和³H₄能级。因温度测量灵敏度与TCL能级差成正比，这就严重阻碍了稀土基发光测温材料灵敏度的进一步提高。基于TCL的稀土掺杂测温材料还普遍存在光谱重叠以及荧光热猝灭等问题，导致温度传感器信号分辨率低，高温时信号信噪比较差，从而降低测温准确度。同时，激发、发射光波长位于紫外、可见光区间的温度传感材料因在生物组织中穿透能力弱，散射强，在生物医学领域的应用受到限制。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种基于Nd³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶近红外荧光强度比的高灵敏测温方法，在980nm连续波激光二极管泵浦下，利用Nd³⁺和Yb³⁺离子发射近红外荧光的强度比与温度的依赖关系，实现303-773K宽范围内的高灵敏温度测量，克服现有测温技术中灵敏度低、信号分辨率低、高温猝灭、无法满足微纳米级测温等缺点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于双发光中心纳米晶近红外荧光的高灵敏测温方法，制备Nd³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶，采用980nm连续波激光照射Nd³⁺/Yb³⁺共掺Y₂O₃纳米晶，利用Yb³⁺向Nd³⁺的热增强的声子辅助能量传递，实现Yb³⁺和Nd³⁺离子近红外荧光对温度变化表现出相反的响应，得到较高灵敏度的测温方法。