本發(fā)明涉及高靈敏度光學(xué)測溫用發(fā)光材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有高靈敏度的光學(xué)測溫材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)測溫材料是一類在激發(fā)光源照射下其發(fā)光特性會(huì)隨著環(huán)境溫度的改變而發(fā)生劇烈變化的功能材料。通過監(jiān)測這類材料中相應(yīng)溫度依賴的光譜變化，從而可以間接地得到材料周圍環(huán)境溫度。此類材料在地質(zhì)勘探、燃燒及高速運(yùn)動(dòng)物體溫度監(jiān)控，腫瘤磁熱治療和生物體內(nèi)溫度在線監(jiān)控等技術(shù)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。通常來講，性能優(yōu)良的光學(xué)測溫材料應(yīng)具有光轉(zhuǎn)換率高、溫度響應(yīng)靈敏、衰減速度快等特性。然而，由于具體應(yīng)用領(lǐng)域不同，所使用的光學(xué)測溫材料特性亦有明顯差異。舉例來說，當(dāng)光學(xué)測溫材料使用于鉆探探頭處時(shí)，材料需要承受較大的摩擦力因而其莫氏硬度應(yīng)較高；用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及高溫合金葉片溫度監(jiān)控時(shí)，測溫材料的熒光發(fā)射波長應(yīng)盡可能處于紫外或藍(lán)光區(qū)從而最大程度避免黑體輻射的干擾；應(yīng)用于如內(nèi)燃機(jī)活塞處溫度監(jiān)控時(shí)，材料的光學(xué)響應(yīng)時(shí)間需盡可能短，以避免測試環(huán)境高度運(yùn)動(dòng)所引入的測量誤差；用于活體內(nèi)局部溫度在線監(jiān)控時(shí)，所使用的材料的在生物學(xué)溫度范圍內(nèi)的敏感系數(shù)需較高。因此，隨著光學(xué)測溫技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展，新的具有獨(dú)特性質(zhì)的光學(xué)測溫材料的需求不斷上升。

采用高溫固相法合成的稀土離子摻雜(la1-xprx)2mgtio6光學(xué)測溫材料具有較高的溫度靈敏度，合成條件溫和，對(duì)紫外激發(fā)光的轉(zhuǎn)化效率較高，在空氣中能穩(wěn)定存在，熒光衰減快。本發(fā)明可以為新型光學(xué)測溫材料的制備提供理論和技術(shù)支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種溫度靈敏度高、合成條件簡單、光轉(zhuǎn)換效率高、熒光衰減快、不易潮解的新型光學(xué)測溫材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種光學(xué)測溫材料，其化學(xué)組成式為(la1-xprx)2mgtio6，其中，摻雜離子為pr³⁺，x為摻雜離子pr³⁺相對(duì)稀土金屬離子la³⁺所占的摩爾百分比系數(shù)，取值范圍0.0025≤x≤0.05。

在上述的光學(xué)測溫材料的制備方法中，包括如下步驟：采用高溫固相法，按化學(xué)組成表達(dá)式稱取原料，在瑪瑙研缽中將其混合均勻，在還原氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，自然冷卻到室溫，將產(chǎn)物研磨便得到產(chǎn)品。

在上述的光學(xué)測溫材料的制備方法中，所述原料為：稀土氧化物、稀土碳酸鹽、稀土硝酸鹽中的一種或多種的混合物；氧化鎂、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂中的一種或多種的混合物；二氧化鈦。

在上述的光學(xué)測溫材料的制備方法中，所用原料為：稀土氧化物、稀土碳酸鹽、稀土硝酸鹽中的一種或多種的混合物；氧化鎂、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂中的一種或多種的混合物；二氧化鈦。

在上述的光學(xué)測溫材料的制備方法中，燒結(jié)溫度為900-1050℃，燒結(jié)時(shí)間為4-6小時(shí)。

在上述的光學(xué)測溫材料的制備方法中，還原氣氛是指一氧化碳?xì)夥?、h2和n2混合氣氛或者h(yuǎn)2和ar混合氣氛。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

（1）本發(fā)明的光學(xué)測溫材料采用高溫固相法合成，制備及操作工藝安全，反應(yīng)條件易于控制。

（2）本發(fā)明的光學(xué)測溫材料，光轉(zhuǎn)換效率高，可有效吸收紫外波段激發(fā)光，熒光衰減快，在空氣中能穩(wěn)定存在，不易潮解。

（3）本發(fā)明的光學(xué)測溫材料，熒光波長分別位于475-670nm范圍內(nèi)，其發(fā)光特性溫度靈敏度高(相對(duì)溫度敏感系數(shù)約為1.28%/k)，測溫范圍寬（77-500k）。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例9的光學(xué)測溫材料在紫外激發(fā)下測得的發(fā)射光譜圖及不同溫度下熒光強(qiáng)度比例系數(shù)變化趨勢(shì)圖。

圖2-17為本發(fā)明實(shí)施例1-實(shí)施例16的光學(xué)測溫材料的x射線衍射圖譜。

具體實(shí)施方式

為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。

實(shí)施例1

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中4小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖2所示。

實(shí)施例2

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中4小時(shí)內(nèi)升溫至950℃并燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖3所示。

實(shí)施例3

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中4小時(shí)內(nèi)升溫至1000℃并燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖4所示。

實(shí)施例4

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中4小時(shí)內(nèi)升溫至1050℃并燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖5所示。

實(shí)施例5

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中5小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖6所示。

實(shí)施例6

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖7所示。

實(shí)施例7

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中4小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)5小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖8所示。

實(shí)施例8

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中4小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖9所示。

實(shí)施例9

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8125g，氧化鐠（pr6o11）0.0021g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖10所示。

實(shí)施例10

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8105g，氧化鐠（pr6o11）0.0043g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖11所示。

實(shí)施例11

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8064g，氧化鐠（pr6o11）0.0085g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖12所示。

實(shí)施例12

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.7982g，氧化鐠（pr6o11）0.0170g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖13所示。

實(shí)施例13

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.7901g，氧化鐠（pr6o11）0.0255g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖14所示。

實(shí)施例14

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.7738g，氧化鐠（pr6o11）0.0425g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在一氧化碳還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖15所示。

實(shí)施例15

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8105g，氧化鐠（pr6o11）0.0043g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在95%n2/5%h2還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖16所示。

實(shí)施例16

分別稱取氧化鑭（la2o3）0.8105g，氧化鐠（pr6o11）0.0043g，堿式碳酸鎂（mg(oh)2·4mgco3·6h2o）0.2518g，二氧化鈦(tio2)0.1997g，將上述原料在瑪瑙研缽中研磨，研磨均勻后裝入剛玉坩堝，在95%ar2/5%h2還原氣氛中6小時(shí)內(nèi)升溫至900℃并燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫后研磨均勻，最終得到產(chǎn)品。通過x射線衍射技術(shù)進(jìn)行表征之后證明所合成出的樣品為純相，如說明書附圖17所示。

上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明通過控制不同的反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度,在還原氣氛中可以獲得不同pr³⁺摻雜濃度的(la1-xprx)2mgtio6（x=0.0025,0.005,0.01,0.02,0.03,0.05）光學(xué)測溫材料。