[发明专利]一种双激活离子掺杂双钙钛矿型荧光温度探针材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种双激活离子掺杂双钙钛矿型荧光温度探针材料及其制备方法和应用。其化学通式为：Ca₂GdSbO₆:xmol％Mn⁴⁺，ymol％Eu³⁺，其中0.001≤x≤0.01，0.01≤y≤0.3。通过调节Mn⁴⁺离子和Eu³⁺离子的掺杂浓度，可以实现高灵敏度和高分辨率的测温性能。采用波长位于393纳米的紫外光照射双激活离子掺杂的双钙钛矿结构锑酸盐荧光粉，荧光粉被激发出两个分别位于611纳米和677纳米的荧光发射峰，根据这两个发射峰强度的比值标定出荧光粉所处环境的温度。本发明材料的温度绝对灵敏度最高达到了8.792％K^‑1，相对灵敏度最高达到了1.343％K^‑1。

技术领域

本发明涉及固体发光材料领域，尤其是涉及一种可用作自校正荧光温度探针的荧光粉及其制备方法和应用。

技术背景

温度是用于描述物理，化学和生物过程的基本热力学参数。因此，在科学技术研究工作、工业生产应用等领域：温度是最基础且最重要的物理量之一。但在现有的生产或实验条件下，传统的接触式温度测量设备已经无法满足当今的发展要求，尤其是在一些特殊场所的应用上受到了限制，如在工业领域中，需要对一些易燃易爆及腐蚀性场所进行温度的实时监控，以保障安全生产；在生物医学领域，需要对生物组织细胞进行温度测量，并以此作为判断病症的依据。而高灵敏度，适应性强的非接触式光学测温设备将替代传统的接触式测温设备在这些特殊环境中应用。

近年来，科研人员致力于开发新型光学温度探测技术—荧光温度探测技术。该技术利用发光材料的荧光特性随温度的变化来进行温度探测。一般来说，可以用来探测温度的荧光特性有发射强度、发射峰的峰位、发射峰的半高宽、荧光寿命以及荧光强度比等。与其他荧光特性测温模式相比，基于荧光强度比的测温模式不受外界环境因素、光谱损失以及激发光源的影响。因此通过荧光强度比来探测温度具有响应速度快、灵敏度高的优势。

目前研究最多的荧光强度比的温度探针材料是以单一稀土离子作为荧光激活剂的发光材料。选取该离子位置比较接近的两个能级作为热耦合能级。然而对应着这两个能级的发射峰太过接近，例如Er³⁺离子的²H_11/2和⁴S_3/2的发射峰分别位于535纳米和550纳米，间距仅有15纳米。不利于荧光信号的识别，进而影响其温度灵敏度，导致难以满足高精度测温的需求。

在本发明中，提出了一种稀土与过渡金属离子共掺杂的双钙钛矿型锑酸盐荧光粉。这种荧光粉以稀土离子发光作为参比，其发射峰位于611纳米；过渡金属离子发光作为温度探针，其发射峰位于677纳米。两个发射峰间隔了66纳米。而且这两个峰强度比值随温度变化十分剧烈，基于此计算的最大绝对灵敏度达到了8.792％K^-1。与已报道的采用稀土离子热耦合能级温度探测材料相比，灵敏度提高了10倍以上。

发明内容

本发明的第一目的是针对目前温度探测技术的局限，提出一种稀土和过渡金属离子共掺杂的双钙钛矿型锑酸盐荧光温度探针材料，有望应用于荧光温度探测器件。

本发明所采用的技术方案是：

一种双激活离子掺杂的双钙钛矿结构锑酸盐荧光粉，其化学通式为：Ca₂GdSbO₆:xmol％Mn⁴⁺，ymol％Eu³⁺，其中x为掺杂的锰离子Mn⁴⁺的摩尔百分数，取0.001≤x≤0.01，其中y为掺杂的铕离子Eu³⁺的摩尔百分数，取0.01≤y≤0.3。通过调节Mn⁴⁺离子和Eu³⁺离子的掺杂浓度，可以实现高灵敏度和高分辨率的测温性能。

本发明的另一个目的是提供上述技术方案所述的荧光粉的制备方法，采用高温固相法，其包含以下步骤：