[发明专利]一种红外热增强上转换发光的纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种红外热增强上转换发光的纳米材料及其制备方法和应用。采用的原料为稀土金属氯化物、NaOH和NaF，三者的用量比为0.5‑1.5mmol：1‑2g：7‑9mmol，所述稀土金属氯化物中的稀土金属为Y、Yb、Er、Tm和Gd，Y、Yb、Er、Tm和Gd的摩尔比为35‑39：18‑22：1‑3：0.1‑0.3：38‑42。本发明所得纳米材料能够在802nm波长处实现热增强荧光发射；基于802nm/540nm荧光强度比随温度的变化可实现温度的精确测量，其最高绝对灵敏度达到0.039K^‑1，最高相对灵敏度达到1.07％K^‑1；制备工艺简单、成本低廉，明显提升了温度测量的精度。

技术领域

本发明涉及固体发光材料领域，尤其涉及一种红外热增强上转换发光的纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

温度是最重要的物理参数之一，其传感在广泛的工业和科学领域有许多应用。与基于热膨胀和塞贝克效应的传统类型温度计不同，光学温度传感器具有在电磁、化学、腐蚀等恶劣条件进行远程和非侵入式测量温度的优势。在光学温度计中，基于稀土(RE³⁺)离子的发光温度计在近几十年得到了深入研究。基于发光强度、发射带宽、荧光寿命和荧光强度比(FIR)等特性的各种光学温度传感方法已被用于使用掺RE³⁺的荧光粉来测量温度。基于FIR技术的光学温度计是通过监测从两个不同的激发能级到较低能级的跃迁发光强度的相对变化来确定温度的。

由于大量与温度相关的能级跃迁和能量转移(ET)过程，RE³⁺的丰富能级使FIR技术成为确定温度的有效方法。两种不同发射的FIR本质上与荧光损失和激发强度波动无关，这减少了测量条件和内置校正功能引起的可变性，并消除了环境影响产生的误差信号以提高灵敏度，精度和分辨率。考虑到发光的来源，FIR技术中的两种发射可以来自双发射离子或单个RE离子。FIR技术采用具有不同热依赖性荧光行为的单个RE离子，例如Er³⁺、Ho³⁺，Nd³⁺和Tm³⁺等离子。然而，单个RE离子的FIR的测温与热耦合能级(TCLs)相关，且单个RE离子的TCL遵循明确的玻尔兹曼型布居分布，能级间隙在200cm^-1到2000cm^-1之间。这限制了光学温度计灵敏度进一步的提高。因此，源自双发射离子的FIR是被研究的。例如Eu³⁺/Tb³⁺，Ce³⁺/Tb³⁺，Eu³⁺/Mn⁴⁺和Nd³⁺/Cr³⁺等。双离子FIR不受能级间隙的限制，通过找到合适的具有不同荧光热依赖性的荧光强度，实现光学温度计更高的灵敏度。

基于双离子的FIR技术也有多种强度比策略。比如，随着温度升高，荧光强度出现相同变化的FIR策略(荧光强度同时增强的FIR，或荧光强度同时淬灭的FIR)；荧光强度出现相反变化的FIR策略(一个荧光强度增强，另一个淬灭的FIR)；一个荧光强度基本不变，另一个出现明显增强或淬灭的FIR策略。显而易见，荧光强度出现相反变化的FIR策略有更强的温度依赖性。荧光强度出现相反变化的FIR有更大的斜率，即更大的绝对灵敏度(S_a)。

发明内容

针对现有技术光学温度计灵敏度不高的技术问题，本发明提供一种红外热增强上转换发光的纳米材料及其制备方法和应用，所述红外热增强上转换发光的纳米材料为NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺/Tm³⁺/Gd³⁺，该纳米材料能够在802nm波长处实现热增强荧光发射，从而应用于温度传感器件，实现高精度温度测量。

本发明的技术方案为：