本發(fā)明屬于固體發(fā)光材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于熒光溫度探針的透明玻璃陶瓷材料。

背景技術(shù)：

目前，溫度測量方法主要分為接觸式和非接觸式測溫法。接觸式測溫利用熱交換來實現(xiàn)熱平衡條件，這種測量方式需要與待測物體進行直接接觸，因此會受到很大的限制，而非接觸式測溫則可以在一些特殊環(huán)境中替代傳統(tǒng)接觸式測溫，完成接觸式測溫難以完成的測量工作。

近年來出現(xiàn)了一種新穎的非接觸式測溫技術(shù)——熒光溫度探測技術(shù)，該技術(shù)采用發(fā)光材料作為溫度探針，通過測量材料的熒光性質(zhì)隨溫度的變化來進行溫度探測。這種熒光溫度探測技術(shù)的關(guān)鍵點就是作為溫度探針的熒光材料，一般而言，這種熒光材料必須具有兩個以上的熒光發(fā)射峰，且不同發(fā)射峰的強度對溫度有不同的反應(yīng)；另外，不同發(fā)射峰之間還要有一定的波長間隔，以便甄別信號。目前公開的作為溫度探針的熒光材料，其發(fā)光強度隨溫度變化的靈敏度還不夠高，或者測溫區(qū)范圍不夠?qū)挕Ｈ缰袊鴮＠鹀n106634988a公開了一種用于熒光溫度探針的納米晶材料，在980nm激光激發(fā)下，該納米晶材料分別表現(xiàn)出er³⁺離子和tm³⁺離子在650nm和800nm處的單譜帶發(fā)光，隨著溫度從60℃逐漸增至200℃，er³⁺離子位于650nm處的熒光強度不變，而tm³⁺離子位于800nm處的熒光強度逐漸增加，其靈敏度為1.73％k^-1，測溫區(qū)范圍僅為60～200℃。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有熒光材料測溫區(qū)范圍窄或者溫度反應(yīng)靈敏度不夠高等不足，提供一種既有寬范圍的測溫區(qū)、同時保證足夠的溫度反應(yīng)靈敏度、用于熒光溫度探針的透明玻璃陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明提供的材料測溫區(qū)范圍達到30～480℃，靈敏度也達到了1～1.35％k^-1。

本發(fā)明提供的透明玻璃陶瓷材料為：氧化物玻璃基體中含有均勻分布的摻雜了yb³⁺和er³⁺的naznpo4晶體，所述氧化物玻璃基體組成中至少包括了na2o、zno、p2o5、b2o3和sb2o3。所述透明玻璃陶瓷材料的制備原料中，各氧化物比例的優(yōu)選值分別為：19～23mol％的na2o；36～44mol％的zno；26～32mol％的p2o5；8～10mol％的b2o3；0.9～1.1mol％的sb2o3；外加占上述氧化物總量0.5～1.5mol％的yb2o3和0.02～0.08mol％的er2o3。將上述所有的粉體原料研磨混合均勻后置于坩堝中，加熱到1300～1400℃，保溫1～2小時；然后將所得玻璃熔液快速倒入400～420℃預(yù)熱的銅模中成型并退火得到基質(zhì)玻璃；退火后的基質(zhì)玻璃繼續(xù)在560～600℃保溫2～6小時使之發(fā)生晶化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例樣品的透射光譜圖。

圖2是本發(fā)明實施例樣品的x射線衍射圖。

圖3是本發(fā)明實施例樣品的透射電鏡照片。

圖4是本發(fā)明實施例樣品的溫度相關(guān)發(fā)射光譜圖。

圖5是本發(fā)明實施例樣品的強度比隨溫度變化圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

實施例1：將na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉體，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩爾百分比)，外加1yb2o3、0.05er2o3(摩爾百分比)的配比計算稱量后置于瑪瑙研缽中，研磨1小時以上使其均勻混合，然后置于坩堝中，于高溫電阻爐中加熱到1300℃后保溫2小時，使其充分熔融；然后，將玻璃熔液快速倒入400℃預(yù)熱的銅模中成形，將成形的玻璃放入420℃保溫的馬弗爐中退火10小時后隨爐冷卻，得到基質(zhì)玻璃；將獲得的基質(zhì)玻璃放入熱處理電阻爐中，在580℃保溫4小時，得到透明玻璃陶瓷。

透射光譜表明玻璃陶瓷具有高透明度(圖1)；x射線衍射圖表明在氧化物玻璃基體中析出naznpo4晶相(圖2)；透射電鏡觀察證實玻璃陶瓷中有大量尺寸為20nm左右的naznpo4顆粒均勻分布于基體中(圖3)；熒光光譜儀測量得到在980nm激發(fā)條件下的溫度相關(guān)光致發(fā)射光譜(圖4)，可探測到源自²h11/2能級的輻射躍遷發(fā)射和⁴s3/2能級的輻射躍遷發(fā)射。隨著溫度升高，²h11/2能級的輻射躍遷發(fā)射強度迅速增加，而⁴s3/2能級的輻射躍遷發(fā)射強度只發(fā)生微弱變化，以兩者熒光強度比作為測溫參數(shù)(圖5)，在303k～753k(30～480℃)溫度范圍內(nèi)，得到玻璃陶瓷的靈敏度為1.35％k^-1。

實施例2：將na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉體，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩爾百分比)，外加1.5yb2o3、0.08er2o3(摩爾百分比)的配比計算稱量后置于瑪瑙研缽中，研磨1小時以上使其均勻混合，然后置于坩堝中，于高溫電阻爐中加熱到1400℃后保溫1小時，使其充分熔融；然后，將玻璃熔液快速倒入400℃預(yù)熱的銅模中成形；將成形的玻璃放入420℃保溫的馬弗爐中退火10小時后隨爐冷卻，得到基質(zhì)玻璃；將獲得的基質(zhì)玻璃放入熱處理電阻爐中，在560℃保溫2小時，得到透明玻璃陶瓷，經(jīng)測試，玻璃陶瓷的靈敏度為1.28％k^-1。

實施例3：將na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉體，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩爾百分比)，外加1yb2o3、0.08er2o3(摩爾百分比)的配比計算稱量后置于瑪瑙研缽中，研磨1小時以上使其均勻混合；然后置于坩堝中，于高溫電阻爐中加熱到1400℃后保溫1.5小時，使其充分熔融；然后，將玻璃熔液快速倒入400℃預(yù)熱的銅模中成形；將成形的玻璃放入420℃保溫的馬弗爐中退火10小時后隨爐冷卻，得到基質(zhì)玻璃；將獲得的基質(zhì)玻璃放入熱處理電阻爐中，在600℃保溫2小時，得到透明玻璃陶瓷，經(jīng)測試，玻璃陶瓷的靈敏度為1.15％k^-1。

實施例4：將na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉體，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩爾百分比)，外加1.5yb2o3、0.02er2o3(摩爾百分比)的配比計算稱量后置于瑪瑙研缽中，研磨1小時以上使其均勻混合；然后置于坩堝中，于高溫電阻爐中加熱到1400℃后保溫2小時，使其充分熔融；然后，將玻璃熔液快速倒入400℃預(yù)熱的銅模中成形；將成形的玻璃放入420℃保溫的馬弗爐中退火10小時后隨爐冷卻，得到基質(zhì)玻璃；將獲得的基質(zhì)玻璃放入熱處理電阻爐中，在560℃保溫4小時，得到透明玻璃陶瓷，經(jīng)測試，玻璃陶瓷的靈敏度為1.0％k^-1。

實施例5：將na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉體，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩爾百分比)，外加0.5yb2o3、0.04er2o3(摩爾百分比)的配比計算稱量后置于瑪瑙研缽中，研磨1小時以上使其均勻混合；然后置于坩堝中，于高溫電阻爐中加熱到1300℃后保溫2小時，使其充分熔融；然后，將玻璃熔液快速倒入400℃預(yù)熱的銅模中成形；將成形的玻璃放入420℃保溫的馬弗爐中退火10小時后隨爐冷卻，得到基質(zhì)玻璃；將獲得的基質(zhì)玻璃放入熱處理電阻爐中，在580℃保溫2小時，得到透明玻璃陶瓷；經(jīng)測試，玻璃陶瓷的靈敏度為1.12％k^-1。

實施例6：將na2co3、zno、nh4h2po4、h3bo3、sb2o3、yb2o3、er2o3粉體，按21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩爾百分比)，外加1yb2o3、0.05er2o3(摩爾百分比)的配比計算稱量后置于瑪瑙研缽中，研磨1小時以上使其均勻混合；然后置于坩堝中，于高溫電阻爐中加熱到1350℃后保溫2小時，使其充分熔融；然后，將玻璃熔液快速倒入400℃預(yù)熱的銅模中成形；將成形的玻璃放入420℃保溫的馬弗爐中退火10小時后隨爐冷卻，得到基質(zhì)玻璃；將獲得的基質(zhì)玻璃放入熱處理電阻爐中，在580℃保溫6小時，得到透明玻璃陶瓷；經(jīng)測試，玻璃陶瓷的靈敏度為1.30％k^-1。

上述各實施例中，21na2o：40zno：29p2o5：9b2o3：1sb2o3(摩爾百分比)的比例并非是唯一的限定值，本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，上述各組分是構(gòu)成基質(zhì)玻璃的基本組分，各組分比例值在±10％范圍內(nèi)變動都是可行的，并不會對本發(fā)明的最終效果產(chǎn)生不利影響。