一种基于稀土Dy和CaWO4基质发光强度比的温度传感方法技术

本发明专利技术属于温度探测技术领域，公开了一种基于稀土Dy和CaWO4基质发光强度比的温度传感方法。步骤包括定温测量跃迁发光强度、计算强度比值、测量多级温度跃迁发光强度并计算强度比值，拟合曲线。本发明专利技术基于稀土Dy和CaWO4基质发光强度比的温度传感新方法，具有超高的温度传感绝对和相对灵敏度。传感绝对和相对灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀土Dy和CaWO4基质发光强度比的温度传感方法


[0001]本专利技术属于温度探测
，具体涉及一种基于稀土Dy和CaWO4基质发光强度比的温度传感方法。

技术介绍

[0002]温度是人们日常生活中接触最多的物理量之一，表征的是物体的冷热程度，人类日常生活、动植物生存繁衍和周围环境的温度息息相关，电子器件、航空航天、环境监测、科学研究及工业生产等领域对温度的精确测量也有着很高的要求。随着科技高速发展,温度的快速响应、高灵敏度和高空间分辨率的精确测量越来越重要。荧光温度探测技术由于采用对温度响应的光学参数，具有非接触式、抗干扰能力强、灵敏度和空间分辨率高且响应迅速等优势，其中比率型荧光温度探测技术可消除光漂白、荧光探针负载和留存以及测量过程中荧光损失、激发光源功率波动等设备因素引起的数据失真，具有荧光探测自校准等优点。稀土Dy
3+
离子能够被紫外光激发产生高效蓝色和黄色光发射，在荧光温度探测方面有着广泛应用。目前基于Dy
3+
发光的比率型温度探测方法，主流技术是采用来自于Dy
3+
热耦合能级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的强度比值与温度的定量关系。由于热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
上的粒子数满足Boltzmann分布，因此4I
15/2
能级向基态能级6H
15/2
跃迁(4Ir/>15/2
→6H
15/2
)产生的蓝色发光强度(记为I
B1
)和4F
9/2
能级向基态能级6H
15/2
跃迁(4F
9/2
→6H
15/2
)产生的蓝色发光强度(记为I
B2
)两者的比值满足关系式：
[0003][0004]上式中ΔE为热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
的能量差，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，C为与发射光频率、能级简并度和发光频率有关的常数。例如在Dy
3+
掺杂Y4Al2O
9[1]、Dy
3+
掺杂BaYF
5[2]、Dy
3+
掺杂GdVO
4[3]、Dy
3+
掺杂Gd2Ti2O
7[4]、Dy
3+
掺杂Y2SiO
5[5]、Dy
3+
掺杂CaWO
4[6]和Dy
3+
掺杂YNbO
4[7]等荧光粉中，在紫外光激发下均实现了基于Dy
3+
热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
跃迁的蓝色发光强度比(R＝I
B1
/I
B2
)的温度传感。基于Dy
3+
热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
分别向基态能级6H
15/2
和亚稳态能级6H
13/2
跃迁(4I
15/2
/4F
9/2
→6H
15/2
和4I
15/2
/4F
9/2
→6H
13/2
)产生的蓝色和黄色发光强度比值也和温度具有定量关系可用于温度探测
[8]。此外，还有报道采用来自于Dy
3+
非热耦合能级跃迁的荧光强度比与温度的定量关系进行温度探测。例如，355nm紫外光激发Dy
3+
掺杂BaYF5荧光粉中Dy
3+4
I
15/2
→6H
15/2
跃迁产生的蓝色发光和4F
9/2
→6H
11/2
跃迁产生的红色发光两者的强度比值与温度存在定量关系
[2]；353nm光激发Dy
3+
掺杂CaWO4荧光粉也发现来自于Dy
3+4
G
11/2
→6H
15/2
跃迁的紫外光和4F
9/2
→6H
15/2
跃迁的蓝色发光两者强度的比值与温度具有定量关系
[6]。除了采用来自于Dy
3+
发光的强度比进行温度传感，还有报道350nm光激发Dy
3+
掺杂Gd2Ti2O7荧光粉，通过Gd2Ti2O7基质中陷阱的发光与Dy
3+4
F
9/2
→6H
15/2
跃迁的蓝色发光两者的强度比进行温度传感
[4]。
[0005]根据灵敏度的定义，温度传感绝对灵敏度为温度传感相对灵敏度为
对于基于Dy
3+
热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
跃迁的温度传感策略，根据公式(1)可得温度传感绝对灵敏度S
a
和相对灵敏度S
r
分别为：
[0006][0007][0008]从公式(2)可以看出，温度传感绝对灵敏度S
a
取决于热耦合能级的能量差ΔE和荧光强度比值R。Dy
3+
热耦合能级4I
15/2
和4F
9/2
的能量差ΔE为定值，不同基质材料对ΔE的影响也不大，因此绝对灵敏度S
a
主要跟荧光强度比值R相关。现有报道的基于Dy
3+
热耦合能级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比值R＝I
B1
/I
B2
的温度传感方案，其最大绝对灵敏度S
a
较低，都不超过40*10
‑4K
‑1。例如，Dy
3+
掺杂Y4Al2O9荧光粉S
a
在873K时具有最大值31*10
‑4K
‑1，Dy
3+
掺杂BaYF5荧光粉在773K时具有最大绝对灵敏度6.6*10
‑4K
‑1，Dy
3+
掺杂GdVO4荧光粉在473K时S
a
最大值为39*10
‑4K
‑1，Dy
3+
掺杂Gd2Ti2O7荧光粉在443K时最大绝对灵敏度为39*10
‑4K
‑1，Dy
3+
掺杂Y2SiO5荧光粉在1039K时S
a
最大值为27*10
‑4K
‑1，Dy
3+
掺杂CaWO4荧光粉在638K时具有最大绝对灵敏度10.6*10
‑4K
‑1，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和CaWO4基质发光强度比的温度传感方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采用波长λ
ex
＝259nm的光激发Dy
3+
掺杂CaWO4荧光粉，测量某一个温度下光致发光谱的中心波长位于410nm的WO
42
‑
基团蓝色发光强度以及中心波长位于455nm的对应于Dy
3+4
I
15/2
→6H
15/2
跃迁的蓝色发光强度I
B1
、中心波长位于480nm的对应于Dy
3+4
F
9/2
→6H
15/2
跃迁的蓝色发光强度I
B2
或者中心波长位于575nm的对应于Dy
3+4
F
9/2
→6H
13/2<...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹保胜，高淼，廖志超，何洋洋，丛妍，董斌，
申请(专利权)人：大连民族大学，
类型：发明
国别省市：