Sm3+,Tb3+共掺杂NaLa(MoO4)2荧光粉的光学温度传感特性研究

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近年来,稀土发光材料在荧光防伪、显示照明和温度传感等领域都发挥了极为重要作用。随着现代工业技术和科学技术的发展,各个领域对温度的控制或检测的要求越来越高,光学温度传感技术因其非接触性、高灵敏度、高准确性等优点,适合应用在高压,高温,密闭,剧毒等极端环境中,从而引起了科学研究者的广泛关注。荧光强度比(Fluorescence Intensity Ratio-FIR)型测温方法具有非接触性、耐高温、温度范围宽、响应快、可测量小物体等优点,因此在光学温度传感技术中被广泛应用。本论文使用柠檬酸钠(Na3C6H5O7,Na3Cit)作为络合剂,通过水热法合成了NaLa(MoO42:Sm3+,Tb3+荧光粉。通过X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对样品的微观结构和晶体结构进行表征,从XRD图可以看出,我们制备的样品没有杂质峰,是体心四方相的白钨矿结构。观察场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)的图谱发现,柠檬酸钠用量的改变对样品的形貌影响较大,论文第三章分析了柠檬酸钠的用量对样品形貌产生影响的原因。而Sm3+掺杂浓度对样品的形貌几乎没有影响。在303 K-603 K温度范围内研究了NaLa(MoO42:0.3%Sm3+,5%Tb3+(Cit3-/Re3+=0,1,2)样品的光学温度传感特性。实验发现Sm3+和Tb3+的发光强度在NaLa(MoO42基质中随着温度的升高而降低。但Sm3+的热猝灭趋势比较缓慢,属于“弱耦合”类型,Tb3+热猝灭趋势比较明显,属于“强耦合”类型,随着温度的升高Sm3+与Tb3+的荧光强度比(FIR)数值会增大,因此可以用来表征温度。此外,样品的温度传感灵敏度随着Cit3-/Re3+的增加而显著提高。当Cit3-/Re3+=2时,样品的灵敏度在603 K达到最大值,为0.119 K-1。而样品的相对灵敏度是在Cit3-/Re3+=0时具有最大值,相对灵敏度的最大值在498 K达到1.93%K-1。除此之外,NaLa(MoO42:0.3%Sm3+,5%Tb3+(Cit3-/Re3+=0,1,2)荧光粉的发光颜色随温度的变化明显。在303 K-603 K的温度范围内能够实现从黄绿色到橙红色的连续改变,因此可以通过发光颜色直观的反应温度。我们还在303 K-603 K温度范围内研究了Cit3-/Re3+=1的NaLa(MoO42:x%Sm3+,5%Tb3+(x=0.1,0.3,1,1.5)荧光粉的温度传感特性。实验结果表明样品的灵敏度随着Sm3+掺杂浓度的增加而增大。当Sm3+掺杂浓度为1.5%时,样品的灵敏度在603 K达到最大值0.2521 K-1。样品的相对灵敏度在303 K-410 K的温度范围内随Sm3+掺杂浓度的增大而增大,在460 K-603 K温度范围内随Sm3+浓度的增大而减小。相对灵敏度在Sm3+掺杂浓度最小时具有最大值,所以当Sm3+掺杂浓度为0.1%时,样品的相对灵敏度在506 K达到最大值,为1.90%K-1。另外,NaLa(MoO42:x%Sm3+,5%Tb3+(x=0.1,0.3,1,1.5)荧光粉的发光颜色也随温度升高而变化。在303 K-603 K的温度范围内可以实现由绿色到橙红色的连续改变。NaLa(MoO42:Sm3+,Tb3+荧光粉是一种优秀的光学温度传感材料,具有较高的灵敏度和相对灵敏度。并且其发光颜色随着温度变化有明显的改变,可以直观的反应温度的变化。
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