[发明专利]一种Mn4+

说明书

本发明公开一种Mn⁴⁺‑Sm³⁺共掺杂的锑酸盐荧光温度探针材料及其制备方法和应用。化学通式为：Ca₂GdSbO₆:xmol％Mn⁴⁺，ymol％Sm³⁺，其中0.001≤x≤0.3，0.001≤y≤0.3。采用波长位于404纳米的短波蓝光激发Mn⁴⁺‑Sm³⁺共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，根据两个发射峰强度的比值标定出荧光粉所处环境的温度。该材料的温度绝对灵敏度最高达到了9.313％K^‑1，相对灵敏度最高达到了1.628％K^‑1。与之前报道的其他荧光温度探针材料相比有显著提高。

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。

背景技术

温度测量在日常生活、工业生产以及其他极端危险环境中都面临着新的需求。一般来说，基于不同的测温方法，测温设备可分为：接触式温度计和非接触式温度计。对于传统的接触式温度计温度计，其获取温度的方式简单直接。但在应用场景上以及测温性能上已经无法满足目前的许多需求和要求。因此，针对非接触式温度计尤其是光学测温模式的开发有着非常重要的研究价值。

最早的光学传感温度计是红外温度计，在医学及热电偶无法直接接触的地方十分有用。但是，红外温度计容易受到被测物质的性质和外界环境的影响，而且其成本居高不下，因此在应用上受到许多限制。近年来，一种新型光学温度探测技术—荧光温度探测技术深受科研人员的关注。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。

目前主流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结构的锑酸盐荧光粉。这种荧光粉以钐离子发射作为参比，其发射峰位于601纳米；锰离子发射作为温度探针，其发射峰位于677纳米。两个发射峰间隔了76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9.313%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Mn⁴⁺和Sm³⁺共掺杂的双钙钛矿结构的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Mn⁴⁺-Sm³⁺共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%Sm³⁺，其中x为掺杂的锰离子Mn⁴⁺的摩尔百分数，取0.001≤x≤0.3，其中y为掺杂的钐离子Sm³⁺的摩尔百分数，取0.001≤y≤0.3。通过调节Mn⁴⁺离子和Sm³⁺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。