本發(fā)明涉及一種具有光溫傳感性質(zhì)的稀土摻雜透明玻璃陶瓷及其制備方法，屬于稀土發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

玻璃是非常多用的材料，因?yàn)樗鼈兛梢匀菀椎負(fù)诫s不同類型或數(shù)量的雜質(zhì)。它們可以用作持久的熒光體，光波導(dǎo)，光學(xué)顯示器等。稀土離子摻雜的發(fā)光玻璃材料近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。由于稀土離子特殊的4f電子結(jié)構(gòu)使其具有良好的熒光特性、發(fā)光色度純、物化性質(zhì)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的溫度傳感器需要通過(guò)接觸的方式實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，但是，在納米領(lǐng)域，普通接觸性的測(cè)量是難以真正實(shí)現(xiàn)的。因此，傳統(tǒng)的溫度傳感器已不再適用于納米規(guī)模、微電子、生物等領(lǐng)域。需要探尋一種新的溫度測(cè)量方式。

考慮到實(shí)用性，本專利提出了通過(guò)稀土光學(xué)玻璃的熒光發(fā)射光譜來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的監(jiān)控。通過(guò)計(jì)算不同溫度下的相鄰發(fā)射峰的熒光強(qiáng)度比，獲得這個(gè)熒光強(qiáng)度比與溫度的依賴關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的監(jiān)控。目前，980nm的紅外光被報(bào)道為使用于光溫傳感的激發(fā)光源，在980nm紅外光的激發(fā)下，稀土離子發(fā)出上轉(zhuǎn)換熒光，實(shí)現(xiàn)紅外光向可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換。但是，一般情況下，稀土離子的上轉(zhuǎn)換效率很低，這就需要很大980nm激發(fā)功率來(lái)突破上轉(zhuǎn)換閾值。由于大功率紅外光的激發(fā)，就會(huì)導(dǎo)致了980nm激發(fā)光源本身的熱影響較大，對(duì)某一區(qū)域的溫度監(jiān)控產(chǎn)生大的影響，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致大的誤差。為了克服這種弊端，本專利利用小功率(大約0.5mw/mm²)的355nm的紫外光為激發(fā)光源，減小了激發(fā)源本身的熱影響。為了響應(yīng)355nm的紫外光激發(fā)源，本專利選用dy³⁺、eu³⁺、tb³⁺稀土離子為發(fā)光中心，制備了dy³⁺、eu³⁺、tb³⁺稀土離子摻雜的透明玻璃陶瓷，該玻璃具有高的透光性，高的熱穩(wěn)定性(能夠承受800度的高溫)和高的發(fā)光強(qiáng)度。而且，我們可以通過(guò)監(jiān)控dy³⁺、eu³⁺、tb³⁺稀土離子的熒光光譜隨溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。我們獲得敏感度大于文獻(xiàn)報(bào)道的最大靈敏度值0.02k^-1(adv.mater,2016,28(35):7745-7752)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：提出一種具有白光發(fā)射和光溫傳感雙功能的稀土摻雜透明玻璃陶瓷及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種具有白光發(fā)射和光溫傳感雙功能的稀土摻雜透明玻璃陶瓷其組成為:各組分及其摩爾比為：zno：nh6po4：dy³⁺＝33.33：66.67：0.67、

zno：nh6po4：dy³⁺：eu³⁺＝33.33：66.67：0.67：0.33-1.67或

zno：nh6po4：dy³⁺：tb³⁺＝33.33：66.67：0.67：0.33-1.67。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種具有白光發(fā)射和光溫傳感雙功能的稀土摻雜透明玻璃陶瓷的制備方法：包括以下幾個(gè)步驟：

(a)原料的選取

玻璃陶瓷原料主要為分析純的zno和nh6po4，稀土離子選擇純度為99.99％的氧化物；

(b)玻璃陶瓷配合料的混合

精確地按照配比稱取原料，放入研缽中加無(wú)水乙醇充分研磨0.5小時(shí)；

(c)玻璃陶瓷熔制

玻璃陶瓷熔制采用的是剛玉坩堝，熔制溫度為1300℃，時(shí)間2小時(shí)，然后迅速冷卻成玻璃陶瓷，再經(jīng)過(guò)退火，增加微晶的結(jié)晶度，退火溫度為350℃，時(shí)間為12小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)便，色溫較低，適合工業(yè)批量生產(chǎn)。

(2)本發(fā)明制得的玻璃陶瓷較熒光粉具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。

(3)本發(fā)明利用稀土離子的熱耦合能級(jí)在溫度變化時(shí)遵循波爾茲曼分布，并利用波爾茲曼公式對(duì)樣品熒光強(qiáng)度比進(jìn)行擬合，得到熒光強(qiáng)度和溫度的關(guān)系，進(jìn)而得到樣品對(duì)溫度的相對(duì)靈敏度曲線。因而我們不僅可以通過(guò)監(jiān)控dy³⁺、eu³⁺、tb³⁺稀土離子的熒光光譜隨溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，還可以基于相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系，獲得最大靈敏度為(0.0976k^-1，970k)，實(shí)現(xiàn)精密光溫傳感器的性能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為實(shí)施例1的樣品在355nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。

圖2為實(shí)施例1樣品的574nm/664nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系。

圖3為實(shí)施例1樣品的相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系。

圖4為實(shí)施例2-6的樣品在355nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。

圖5為實(shí)施例3樣品的484nm/611nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系。

圖6為實(shí)施例3樣品的相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系。

圖7為實(shí)施例7-11的樣品在355nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。

圖8為實(shí)施例11樣品的485nm/575nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系。

圖9為實(shí)施例11樣品的相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

基質(zhì)材料選用分析純的zno和nh6po4，稀土離子選用濃度為99.99％的氧化物為主要原料，按照基質(zhì)材料配比為：1zno–2nh6po4：摻雜離子dy³⁺，其摩爾比為0.67％的比例稱取原料，各原料質(zhì)量如表1所示。對(duì)實(shí)施例1樣品進(jìn)行光溫傳感測(cè)試，獲得了574nm/664nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系如圖2所示，樣品的相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系如圖3所示。

表1實(shí)施例1的玻璃組成(單位：克)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：利用355nm紫外光源對(duì)實(shí)施例1樣品進(jìn)行激發(fā)，得到圖1的發(fā)射光譜，并利用574nm與664nm的發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)行熒光強(qiáng)度比，得到圖2中574nm/664nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系，由圖2可以看出574nm/664nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系遵循波爾茲曼公式，并利用熒光強(qiáng)度比得到相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系以及最大靈敏度為(0.0976k^-1，970k)，如圖3所示，說(shuō)明可以通過(guò)監(jiān)控dy³⁺稀土離子的熒光光譜隨溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。

實(shí)施例2-6

基質(zhì)材料選用分析純的zno和nh6po4，稀土離子選用濃度為99.99％的氧化物為主要原料，按照基質(zhì)材料配比為：1zno–2nh6po4：摻雜離子為：dy³⁺，eu³⁺。dy³⁺的摻雜摩爾比為：0.67％。eu³⁺的摻雜摩爾比為：x＝0.33，0.67，1，1.33，1.67％的比例稱取原料，各原料質(zhì)量如表2。選擇熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的實(shí)施例3作為樣品進(jìn)行光溫傳感測(cè)試，獲得了484nm/611nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系如圖5所示，樣品的相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系如圖6所示。

表2實(shí)施例2-6的玻璃組成(單位：克)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：利用355nm紫外光源對(duì)實(shí)施例2-6樣品進(jìn)行激發(fā)，得到圖4的發(fā)射光譜，并利用484nm與611nm的發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)行熒光強(qiáng)度比，得到圖5中484nm/611nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系，由圖5可以看出484nm/611nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系遵循波爾茲曼公式，并利用熒光強(qiáng)度比得到相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系以及最大靈敏度為(0.0088k^-1，605k)，如圖6所示，說(shuō)明可以通過(guò)監(jiān)控dy³⁺與eu³⁺稀土離子的熒光光譜隨溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。

實(shí)施例7-11

基質(zhì)材料選用分析純的zno和nh6po4，稀土離子選用濃度為99.99％的氧化物為主要原料，按照基質(zhì)材料配比為：1zno–2nh6po4：摻雜離子為：dy³⁺，tb³⁺。dy³⁺的摻雜摩爾比為：0.67％。tb³⁺的摻雜摩爾比為：x＝0.33，0.67，1，1.33，1.67％的比例稱取原料，各原料質(zhì)量如表3。選擇熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的實(shí)施例11作為樣品進(jìn)行光溫傳感測(cè)試，獲得了485nm/575nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系如圖8所示，樣品的相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系如圖9所示。

表3實(shí)施例7-11的玻璃組成(單位：克)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：利用355nm紫外光源對(duì)實(shí)施例7-11樣品進(jìn)行激發(fā)，得到圖7的發(fā)射光譜，并利用485nm與575nm的發(fā)射光強(qiáng)度進(jìn)行熒光強(qiáng)度比，得到圖8中485nm/575nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系，由圖8可以看出485nm/575nm熒光強(qiáng)度比與溫度的關(guān)系遵循波爾茲曼公式，并利用熒光強(qiáng)度比得到相對(duì)靈敏度與溫度的關(guān)系以及最大靈敏度為(0.0031k^-1，741k)，如圖9所示，說(shuō)明可以通過(guò)監(jiān)控dy³⁺與tb³⁺稀土離子的熒光光譜隨溫度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。

本發(fā)明的不局限于上述實(shí)施例所述的具體技術(shù)方案，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案均為本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。