[发明专利]一种荧光材料及其制备方法和用于测量温度的方法

说明书

本发明是一种荧光材料及其制备方法和用于测量温度的方法，所述材料的化学式为Nd_0.02Gd_0.98TaO₄，其中Nd³⁺离子⁴F_3/2能级的两个热耦合子能级向⁴I_9/2能级的能量最高子能级跃迁形成两个独立的荧光峰，有利于荧光信号的观测；这两个荧光峰的峰强比值随温度变化较为显著，在较宽的温度区间内具有较高的灵敏度；同时，该材料中Nd³⁺离子⁴F_3/2能级的能量最低子能级向⁴I_9/2能级的能量最高的子能级跃迁的荧光峰峰位能量会随着温度的升高而发生蓝移，其峰位变化同温度变化能够在40–600K的温度区间内保持非常好的线性关系，具有良好的温度敏感性，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及发光材料和温度测量技术领域，是一种荧光材料及其制备方法和用于测量温度的方法。

背景技术

温度是极为重要的物理参数。人们为了测量温度，已经发明了多种形式的温度测量装置，较常见的温度测量装置有：热电偶、热电阻、水银和酒精温度计等。利用这些装置测量温度时都需要和待测物体接触，这会导致它们的使用方式很受限制，不能满足一些特殊场合的温度测量需求，比如，高压电站、腐蚀性气体环境、火灾现场或者待测量物体正在高速运动的情况等。与之相比，非接触式的温度测量使用的范围更广，能满足更多环境的温度测量需求。目前，比较成熟的非接触式测量技术一般需依靠配备有高精度电子设备的高灵敏度红外测量器来对物体表面热辐射进行测量和分析实现温度测量，不过相应产品的制作工艺复杂，而且价格昂贵。同时，随着在微观尺度上的科学研究和技术应用开发的不断深入和拓展，对微观尺度环境温度的测量，特别是对单个细胞、病毒和微生物的研究而言，上述温度检测手段还很难胜任。

相较于传统的温度测量设备，近年来，新颖的荧光温度测量设备的开发和应用备受重视。荧光温度测量设备主要基于材料荧光与温度的依赖关系来进行温度测量，具有抗电磁干扰、高压绝缘、高稳定性、高精度、高灵敏度、长寿命、耐腐蚀和适用于微小空间使用等特点。同时，与物体表面热辐射信号相比，荧光信号具有更高的信噪比，对探测器和电子设备的要求很低，成本也较低。然而，目前已开发出的荧光温度测量设备的荧光变化可能会受到激发源和探测器等因素的影响，导致在每次使用时都需要校正；同时，对于依靠荧光峰间强度比值进行温度测量的设备而言，由于荧光峰间的强度比值同温度的变化是非线性的，不利于温度的快速测量和分析；另外，这些荧光温度测量设备的工作温区主要局限在273K以上，对于10–273K的低温范围内的测量还不多见。因此，提供一种在宽温区实现温度的快速、准确测量，并具有自校准特性的荧光温度测量材料已成为本领域技术人员一直渴望解决，但至今没有解决的难题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种荧光强度高，能够在宽广温区内具有良好的线性关系，可用于温度的快速测量和分析，温度测量精准度和可靠性高的荧光材料；并提供科学合理，简单适用，产率高的荧光材料制备方法；还提供荧光材料用于测量温度的方法。

实现本发明的目的之一采用的技术方案是：一种荧光材料，其特征是，它的化学式为Nd_0.02Gd_0.98TaO₄，可视为在具有单斜晶相结构，即空间群为I2/a的GdTaO₄材料中将其Gd³⁺离子总数中的2％替换成Nd³⁺离子。

实现本发明的目的之二采用的技术方案是：一种荧光材料的制备方法，其特征是，它的包括以下步骤：

(1)将Nd₂O₃、Gd₂O₃和Ta₂O₅原料按照摩尔比为1:49:50的比例进行配比混合溶解在硝酸中形成硝酸盐混合溶液；