[发明专利]一种钨酸盐基光热转换测温材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种钨酸盐基光热转换测温材料及其制备方法和应用，该材料以稀土离子Er³⁺为激活剂，X为敏化剂，其化学结构表达式为LiCaX(WO₄)₃:yEr，其中X为La,Yb,Nd或Yb/Nd，0≤y≤0.05，y为摩尔含量。与现有技术相比，本发明利用Er³⁺/Yb³⁺/Nd³⁺三掺杂适宜的钨酸盐基质材料，其中Er³⁺的热耦合能级的荧光强度比用于测温，同时结合Nd³⁺的光热转换效应，在近红外激发光的激发下实现微区加热和温度自测功能，合成工艺操作非常简单、制备周期短，可实现大规模工业生产。

技术领域

本发明属于光学温度传感材料领域，涉及一种钨酸盐基光热转换测温材料及其制备方法和应用。

背景技术

温度作为自然科学中最基本的物理量，反映了物体分子热运动的剧烈程度，且只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。在科技和生产生活的需求下，大量的接触式和非接触式测温模式接被开发、应用。近年来，基于光学性质的非接触式测温模式显示出独特的优越性而蓬勃发展，例如红外探测技术已经广泛应用于工业生产、设备检修等领域，但其空间分辨率较低，只能记录被测物体的表面温度分布；而基于稀土离子热耦合能级的荧光强度比技术(FIR)的上转换光学测温因具有无法比拟的优势极具应用潜力。FIR技术能够有效地减少荧光损失、激发光源功率波动等非温度因素的影响，提高灵敏度和信号的识别率，同时稀土掺杂上转换发光材料作为一种低成本、低毒性、高稳定性、非接触式局部温度光学传感器，具有生物背景荧光干扰小、较深的生物组织穿透性等优点，因此在光学温度传感领域特别是在生物医学领域有着广阔的发展潜力。

上转换发光材料可吸收低能量的近红外光而发射出高能量的可见光，但发光效率较低，即大部分近红外激发能量以无辐射弛豫的方式转换为热量被耗散掉，但从另一个方面考虑，若把通过光热转换效应在短时间内产生的大量热量用于微区加热，可以达到变“废”为“宝”的效果。这种同时具有光热转换和测温的多功能上转换发光材料具有巨大的发展潜力和应用价值，但仅有少数上转换发光材料具有光热转换效应且光热转换效率不高，离实际应用还有较大差距。目前，上转换发光温度传感材料发展迅速，如NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺,LiCaYb(WO₄)₃:Er³⁺/Tm³⁺等都具有优异的上转换发光和温度传感性能，但并不具备光热转换效应。

光热转换材料一般在近红外区有较强的吸收，研究较多的主要有金属基纳米材料、碳纳米材料、聚合物纳米材料以及金属氧硫族纳米材料，其可作为近红外响应纳米光热剂应用于生物医学领域，但光热剂的产热量很大程度上决定了光热治疗的效果，因此同时实现实时精确温度检测和光热转换功能非常重要。目前研究的上转换光热转换测温材料升温速率慢且温区窄，例如KLu(WO₄)₂:Ho³⁺/Tm³⁺纳米晶体20s升高15K，Er³⁺/Yb³⁺:GdVO₄@SiO₂核壳纳米结构60s升高11K，且核壳结构存在着制备工艺繁复的缺点，而难以实现大规模生产应用。

发明内容

设计和构建兼顾快速升温和测温的多功能上转换发光平台是一个在光热测温领域极具意义的研究课题。

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种钨酸盐基光热转换测温材料及其制备方法和应用。利用Er³⁺/Yb³⁺/Nd³⁺三掺杂适宜的钨酸盐基质材料，其中Er³⁺的热耦合能级的荧光强度比用于测温，同时结合Nd³⁺的光热转换效应，在近红外激发光的激发下实现微区加热和温度自测功能，合成工艺操作非常简单、制备周期短，可实现大规模工业生产。