[发明专利]一种无稀土荧光温感材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提出了一种非接触式无稀土Sn²⁺/Mn²⁺:α‑Sr₂P₂O₇荧光温度传感材料及其制备方法与应用。这种荧光材料具有两个相隔较远的发射峰，分别位于460纳米和575纳米，有良好的信号甄别度；并且，这两个峰强度比值随温度变化十分明显，其绝对灵敏度在150℃～350℃范围内比已报道的荧光温度传感材料有显著提高；此外，该材料合成工艺简单，原料价格便宜，因此，是一种极具应用前景的荧光温度传感材料。

技术领域

本发明涉及荧光粉及温度探测材料等领域。

背景技术

传统接触式温度探测工具如热电偶、水银温度计等需要设备与待测物体接触，无法进行远程及恶劣环境下的温度测量，并且当待测物体尺寸小于探测工具时，测量误差很大。而非接触式测温具有快速响应，空间分辨率高，可用远程测量等特点，可以更好地满足测量需求。目前已经投入使用的有红外测温仪，但是红外线不能穿透玻璃，对绝大多数显微器件无法测量，限制了其应用。基于以上现状，荧光强度比型温感材料吸引了科研人员的广泛关注。它是将具有多个发射峰的荧光材料作为温度探针，利用两个发射峰的荧光强度比随温度的变化来测量温度。这类荧光温度传感器比红外测温仪信噪比更高，对设备要求较低，具有更为广阔的应用前景。目前，这一领域研究得最多的就是掺稀土离子(Er³⁺，Tm³⁺，Ho³⁺)等的无机荧光材料，这类材料都必须使用昂贵的稀土源，并且在高温区域(150℃以上)绝对灵敏度最高不超过0.015K^-1(K为绝对温度单位：开尔文)，还不能满足实际应用的需求。

在本发明中，我们发明了一种新型的无稀土荧光温度传感材料：Sn²⁺/Mn²⁺:α-Sr₂P₂O₇荧光粉。在这个材料当中，Sn²⁺产生强烈的蓝光发射，Mn²⁺在Sn²⁺的敏化作用下也产生明亮的红光发射，两个发射峰分别位于460nm和575nm，具有良好的信号甄别度。这两个发射峰的荧光强度比随温度变化而变化，在150℃～350℃温度范围内，其测温灵敏度是已报道材料的几倍甚至数十倍，在350℃时，最高绝对灵敏度达到了0.027K^-1，是该温度下绝对灵敏度最高的荧光温度传感材料。此外，本发明提出的Sn²⁺/Mn²⁺:α-Sr₂P₂O₇荧光粉无须使用昂贵的稀土源，原料成本较低，合成工艺简单，因此，本发明的材料在制备成本上具有显著优越性。

发明内容

本发明提出一种荧光温度传感材料：该荧光温度传感材料组成为Sn²⁺/Mn²⁺:α-Sr₂P₂O₇，其特征是在正交晶相的α-Sr₂P₂O₇基质中掺入Sn²⁺离子和Mn²⁺离子。

本发明Sn²⁺/Mn²⁺:α-Sr₂P₂O₇荧光温度传感材料制备方法特征为：

将1.95毫摩尔的SrCO₃，2毫摩尔的NH₄H₂PO₄，0.06毫摩尔SnO以及0.04毫摩尔MnO在玛瑙研钵中均匀混合，充分研磨40分钟，装入刚玉坩埚中，碳粉包埋后放入箱式炉内，950℃下煅烧4小时。

本发明荧光粉应用于温度测量：