一种基于稀土Dy制造技术

一种基于稀土Dy

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀土Dy
3+
离子发光的比率型温度探测方法


[0001]本专利技术涉及一种温度探测方法，具体涉及一种基于稀土Dy
3+
离子蓝色和黄色下转换或上转换发光强度比的温度探测方法。

技术介绍

[0002]温度是一个基本且十分重要的热力学状态参数，温度的测量对社会生产、人民生活和科学研究都占据着极其重要的地位。传统的接触式测温技术面临着巨大的局限性，而非接触式测温技术由于温度探测单元和被测量介质不直接接触，避免了被测量介质对温度探测组元的损伤，具有更加广泛的应用价值。其中，荧光温度探测技术又以其所具有的抗干扰能力强、灵敏度和空间分辨率高且响应迅速等优势，成为近年测温研究的热点。荧光温度探测技术是利用荧光材料作为温度探测媒介，通过探测各种荧光光谱学参数随温度的变化来实现测温，这些参数包括对温度敏感的荧光峰位置、强度、半峰宽、寿命和荧光强度比等。这些光谱学参数对温度的敏感性往往基于不同的温敏机制。其中当前得到广泛关注的是基于稀土离子热耦合能级的荧光强度比值对温度依赖的测温方法，具有Boltzmann分布的热耦合能级对是该项测温技术的基础，其能级上相对电子布居数随温度变化而发生改变，该方法可以消除温度测量过程中的荧光损失、激发光源功率波动以及发光中心的多寡等非温度因素的干扰，具有受到外界干扰小、抗激发功率噪声能力强等特点，是目前荧光荧光测温技术的研究焦点。大量具备热耦合能级的稀土离子，例如Er
3+
:2H
11/2
/4S
3/2
、Tm<br/>3+
:3F
2,3
/3H4、Ho
3+
:5S2/5F4、Nd
3+
:4F
5/2
/4F
3/2
、Dy
3+
:4I
15/2
/4F
9/2
和Eu
3+
:5D1/5D0等都被广泛用于荧光强度比温度探测。其中稀土Dy
3+
离子的热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
能级差约为1200cm
‑1，且在紫外光激发下能够产生明亮的蓝光和黄光发射，因此Dy
3+
离子也被广泛用于实现基于荧光强度比的温度测量。
[0003]目前基于稀土Dy
3+
离子的发光进行温度探测的方法，主要是采用来自于Dy
3+
离子两个热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
分别向基态6H
15/2
能级跃迁所发射的中心波长位于450和480nm左右的两个蓝色发光强度(分别记为I
蓝光I
和I
蓝光II
)的比值与温度之间的定量关系。图1展示了稀土Dy
3+
离子的能级结构及发光机理。
[0004]图1中来自于Dy
3+
离子两个热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
分别向基态6H
15/2
能级跃迁产生的发光强度I
蓝光I
和I
蓝光II
可分别表示为：
[0005]I
蓝光I
＝N3ω
30
g
30
hν
30
(1)
[0006]I
蓝光II
＝N2ω
20
g
20
hν
20
(2)其中，N3为热耦合能级4I
15/2
上的粒子数；
[0007]N2为热耦合能级4F
9/2
上的粒子数；
[0008]ω
30
为热耦合能级4I
15/2
向基态6H
15/2
能级跃迁的自发发射速率；
[0009]ω
20
为热耦合能级4F
9/2
向基态6H
15/2
能级跃迁的自发发射速率；
[0010]g
30
为热耦合能级4I
15/2
向基态6H
15/2
能级跃迁的能级简并度；
[0011]g
20
为热耦合能级4F
9/2
向基态6H
15/2
能级跃迁的能级简并度；
[0012]ν
30
为热耦合能级4I
15/2
向基态6H
15/2
能级跃迁的发光频率；
[0013]ν
20
为热耦合能级4F
9/2
向基态6H
15/2
能级跃迁的发光频率。
[0014]热耦合能级对4I
15/2
和4F
9/2
上的粒子数N3和N2满足Boltzmann类型的分布，即
[0015]其中ΔE为两个热耦合能级间的能量差，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。因此来自于热耦合能级对4I
15/2
和4F
9/2
向基态6H
15/2
能级跃迁产生的两个蓝色发光强度的比值(I
蓝光I
/I
蓝光II
)可表示为：
[0016][0017]其中C为与发射光频率、能级简并度和发光频率有关的常数。根据温度探测灵敏度的定义，绝对温度灵敏度S
a
可表示为：
[0018][0019]目前有大量文献报道了在不同的稀土Dy
3+
离子掺杂发光材料中基于稀土Dy
3+
离子两个蓝色发光强度比的温度传感特性，例如Dy
3+
掺杂Y4Al2O9荧光粉、Dy
3+
掺杂BaYF5荧光粉、Dy
3+
掺杂GdVO4薄膜、Dy
3+
掺杂Gd2Ti2O7荧光粉、Dy
3+
掺杂Y2SiO5荧光粉和Dy
3+
掺杂CaWO4荧光粉中均观察到了Dy
3+
离子I
蓝光I
/I
蓝光II
与温度之间的定量关系，研究了基于Dy
3+
离子I
蓝光I
/I
蓝光II
强度比的温度传感行为。
[0020]此外，除了利用Dy
3+
离子两个蓝色发光的强度比进行温度探测，还有利用Dy
3+
离子其它波段发光的强度比随温度的变化关系进行温度探测。例如，Dy
3+
掺杂BaYF5荧光粉中建立了Dy
3+
离子4I
15/2
→6H
15/2
跃迁的蓝色发光和4F
9/2
→6H
11/2
跃迁的红色发光之间的强度比与温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀土Dy
3+
离子发光的比率型温度探测方法，其特征在于，以紫外或者红光为激发源，稀土Dy
3+
离子热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
分别向基态6H
13/2
和亚稳态6H
13/2
能级跃迁产生蓝色和黄色下转换或者上转换发光，根据蓝色和黄色发光强度比与温度的定量关系，进行温度探测；其中，I
蓝光
为蓝色发光强度，I
黄光
为黄色发光强度；C
20
、C
21
、C
30
和C
31
为与发射光频率、能级简并度和发光频率有关的常数，通过实验数据进行拟合得到；ΔE为4I
15/2
和4F
9/2
两个热耦合能级间的能量差；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体步骤如下：S1.稀土Dy
3+
离子掺杂发光材料在紫外光或者红光激发下，计算某一温度下对应于Dy
3+
离子热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
向基态6H
15/2
能级跃迁的蓝色下转换或者上转换发光强度I
蓝光
；S2.计算上述温度下对应于Dy
3+
离子热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
向亚稳态6H
13/2
能级跃迁的黄色上转换发光强度I
黄光
；S3.获得上述温度下的荧光强度比值S4.改变稀土Dy
3+
掺杂发光材料的温度，重复上述步骤S1
‑
S3，获得荧光强度比值与绝对温度T的关系曲线；S5.采用公式对步骤S4获得的曲线进行拟合，得到基于稀土Dy
3+
蓝色和黄色发光的荧光强度比与温度的定量关系，实现温度探测。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，I
蓝光
＝I
蓝光I
+I
蓝光II
，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹保胜，李磊朋，张洪源，丛妍，何洋洋，张振翼，冯志庆，董斌，
申请(专利权)人：大连民族大学，
类型：发明
国别省市：