基质VO_(4)^(3+)与掺杂离子Pr^(3+)荧光强度比的新型高灵敏度光学测温研究

目前,光学测温技术在传感、治疗、诊断和成像等领域取得了重大突破.但是,基于传统热耦合能级荧光强度比测温的灵敏度较低,限制了其进一步的发展.本文基于基质与掺杂离子间不同的温度依赖行为,提出了一种新型的具有高灵敏度的测温方案.首先,采用固相法成功合成了YVO_(4):Pr^(3+)荧光粉.然后,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对样品的结构与发光特性进行表征.XRD结果表明Pr^(3+)成功掺入YVO_(4)基质.SEM结果表明样品为长方体形状微米晶颗粒,平均颗粒大小约为2.1μm.在320 nm激发下,YVO_(4):Pr^(3+)主要呈现出在440 nm附近的蓝光发射和606 nm的红光发射,发光峰不存在明显的重叠.基于VO_(4)^(3+)与Pr^(3+)的发光对温度的不同响应,实现了新的荧光强度比测温方案.测温范围为303—353 K,最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别为0.651 K–1和3.112×10^(–2) K^(–1)@353 K,远高于传统的热耦合能级测温方案.这为设计具有优异温度灵敏度和信号可辨别性的自参考光学测温材料提供了一种有前景的途径.

新型硅酸盐型荧光粉K_(3)(Y_(0.88)Yb_(0.10)Ho_(0.02))Si_(2)O_(7)的上转换光致发光及光学测温性能研究

本文采用普适的固相法合成一种新型硅酸盐K_(3)(Y_(0.88)Yb_(0.10)Ho_(0.02))Si_(2)O_(7)荧光粉,并系统研究样品的上转换光致发光和光学测温性能。研究表明,在980 nm激发下,K_(3)(Y_(0.88)Yb_(0.10)Ho_(0.02))Si_(2)O_(7)荧光粉表现出红光发射,主发射峰位于665 nm,归属于Ho^(3+)的^(5)F_(5)→^(5)I_(8)跃迁。通过对发光强度和激发功率的对数变换,研究荧光粉的上转换机制和可能导致的上转换的光子反应,证明(5S4,5F2)→5I8跃迁上转换发光机制为三光子机制,^(5)F_(5)→^(5)I_(8)跃迁则为双光子机制。K_(3)(Y_(0.88)Yb_(0.10)Ho_(0.02))Si_(2)O_(7)荧光粉的^(5)F_(5)/(^(5)F_(4),^(5)S_(2))的非热耦合能级的荧光强度比结果表现出其良好的光学测温潜力,经计算其最大灵敏度约为0.17 K^(-1)(423 K)。

具有光热转换能力的近红外光学测温材料BaY_(2)O_(4)∶Nd^(3+)

光热治疗亟需一种准确、高效、分辨率高且适用于深层生物组织的测温手段以辅助其治疗过程。本文以高温固相法合成了BaY_(2)O_(4)∶Nd^(3+)材料,并基于Nd^(3+):^(4)F_(3/2)的Stark劈裂能级实现了较为精准的光学测温。数据表明,其测温的绝对灵敏度、相对灵敏度及分辨率的最佳值可分别达到0.09%·K^(-1)、0.69%·K^(-1)和0.05 K,优于大多数同类型温度计的相应数值。与此同时,因该光学温度计的激发和发射波长均位于生物窗口之内,使其在生物组织中的穿透深度可达到8 mm。另外,该材料还具有一定的光热转换能力。上述结果表明,Nd^(3+)单掺的Ba Y_(2)O_(4)在深层组织的光热治疗方面具备一定的应用潜力。

火焰辐射系数对光学测温法的影响与校正研究

研究利用辐射能量测定灰体温度分布的方法在燃烧火焰场分布中的应用问题。通过比较等辐射量的黑体温度,测出灰体的视在亮度温度———辐射温度;并根据灰体辐射系数ελ和测定的辐射温度修正灰体的测量温度,获得实际温度。采用特定波长的滤色镜获取窄范围的频谱能量测定温度,避免CCD或其它光电探测器的光谱响应不均匀性对探测的影响;采用等高线划分火焰不同燃烧方式区域,可分区解决辐射能测量中的辐射系数问题,为精确测定火焰辐射温度提供了新思路。

高灵敏度下转换光学测温材料:NaGd（WO4）2:Yb3+/Er3+

基于Er^3+的两个热耦合能级发光强度测量的荧光强度比测温技术由于不受光谱损失和激发强度波动的影响,故能够提供准确的非接触式温度测量。但目前通用的荧光强度比技术都是基于上转换激发,而上转换材料效率较低,测温不准确。考虑到Er^3+能级可通过不同激发源来布居,本文利用高能光子激发的高效下转换光学测温方法,来解决上转换发光带来的问题,并以具有高测温灵敏度的钨酸盐NaGd(WO4)2为基质。研究发现,NaGd(WO4)2可成功用于下转换测温,Yb^3+/Er^3+共掺样品比Er^3+单掺拥有更高的测温灵敏度,且下转换测温灵敏度要高于上转换,在掺杂浓度为20%Yb^3+/1%Er^3+时,测温灵敏度高达344.6×10^-4 K^-1。这证明了NaGd(WO4)2:Yb^3+/Er^3+是理想的测温材料,也很好地验证了其在高灵敏度下转换测温的可行性,为荧光强度比技术的应用开辟了新的前景。

智能光学测温系统研究与应用

智能测温系统是一种代替热电偶测温技术的新型技术,可适用于700℃~1900℃环境下的各种工业炉内的测温控温。该系统利用基本的光学反射测温原理,利用光学传感器测量物体表面辐射的能量来计算物体的表面温度,具有精度高、稳定性强,维护简单,寿命长等特点,是一种替代热电偶测温的理想测温技术。

基于维恩位移定律的一种光学测温系统

与其它测温方法相比,光学测温方法具有非接触、实时、无损等优点,在众多领域中具有极其要的作用.作者基于维恩定律的红外辐射测温原理、方法进行了较详细地讨论.

光学测温技术与物理原理分析

光学测温技术相比其他测温技术更具优势,表现在非接触测温、实时测温、测温无损等特性,在当今工业生产、军事等领域应用十分广泛.基于此,本文简单概述不同光学测温技术及其物理原理.

智能光学测温系统的研究与应用

在工业应用中,高温测量技术最常见的方式是铂铑热电偶、钨铼热电偶等,它们都是稀贵金属,价格昂贵,其抗氧化、还原能力和抗电磁干扰能力都较差,且寿命较短。由光学测温传感器和智能测温仪组成测温系统,可适用于700∽1900℃各种工业窑炉的在线测温控温,通过与常用的铂铑热电偶相比较,本系统具有测温直接、准确、寿命长、耐腐蚀、不受恶劣环境的影响等特点。

Ca_(2)MgTeO_(6)∶Bi^(3+),Mn^(4+)材料的发光性能和温度探测

通过高温固相法成功制备了一系列Ca_(2)MgTeO_(6)∶Bi^(3+),Mn^(4+)荧光粉,对其微观结构、形貌、发光特性和温敏特性进行了表征。Ca_(2)MgTeO_(6)∶Bi^(3+),Mn^(4+)荧光粉具有不同温度敏感性的双发射中心,分别来自于Bi^(3+)离子^(3)P_(1)→^(1)S_(0)跃迁和Mn^(4+)离子的^(2)E_(g)→^(4)A_(2g)跃迁。由于Bi^(3+)、Mn^(4+)离子的发光强度随温度变化的规律不同,利用该特性进行测温研究,在200~500 K范围内,该荧光粉的最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别达到0.027 K^(-1)和1.83%·K^(-1),并且观察到荧光粉的发光颜色由橙黄色逐渐变为紫红色。实验结果表明,Ca_(2)MgTeO_(6)∶Bi^(3+),Mn^(4+)荧光粉作为光学测温材料在温度探测方面有一定的潜力。

基于NaGd(WO_(4))_(2)∶Eu^(3+),Tm^(3+)荧光粉FIR线性变化的光学温感研究

实验采用水热法制备了NaGd(WO_(4))_(2)∶2%Eu^(3+),1%Tm^(3+)荧光粉.XRD衍射图像表明,样品为体心四方相白钨矿结构.FE-SEM图像显示,荧光粉的形貌为长条状颗粒.实验测量了荧光粉变温的发射光谱,从中发现Eu^(3+)的热淬灭趋势较快,而Tm^(3+)的热淬灭趋势较慢.因此,它们的荧光强度比(FIR)可以用来测量温度.并且样品的FIR随温度呈现线性增加趋势,这使得它可以更简单且准确地测量和计算温度.荧光粉的相对灵敏度(S_(r))为1.08%K^(-1)(303 K).温度循环实验结果表明,样品的FIR在重复测温时具有良好的稳定性和重复性.

Ba_(3)(VO_(4))_(2):Sm^(3+)荧光粉的熔盐法合成及其温度传感特性

采用熔盐法成功合成了Ba_(3-x)(VO_(4))_(2):xSm^(3+)(x=0.02~0.16)一系列荧光粉,探讨了合成条件、Sm^(3+)掺杂对样品结构和发光性能的影响,并探究了样品的温度传感性能。结果表明:合成样品的适宜反应条件是煅烧温度为900℃、煅烧时间为1 h、原料与熔盐质量比为1∶3,所得样品相纯度和结晶度均较高。样品微观形貌呈片状,厚度约1.5~3 mm。在318 nm激发下,Ba_(3-x)(VO_(4))_(2):xSm^(3+)的发射光谱中可同时观察到VO_(4)^(3-)基团的宽带发射和Sm^(3+)的特征发射,样品的发光颜色集中在黄白光区域。随着Sm^(3+)掺杂浓度(x)从0.02增大到0.16,Sm^(3+)的特征发射峰强度呈现出先升后降的变化趋势,当x=0.10时,发射峰强度达到最高值。导致其浓度猝灭的主要原因是电偶极-电偶极(d-d)相互作用。在298~473 K的温度范围内,Ba_(2.9)(VO_(4))_(2):0.10Sm^(3+)荧光粉中Sm^(3+)(652 nm)和VO_(4)^(3-)基团(504 nm)发射的荧光强度比呈现明显的温度依赖性,其最大绝对灵敏度为0.36 K^(-1),最大相对灵敏度为1.99%K^(-1)。因此,Sm^(3+)掺杂Ba_(3)(VO_(4))_(2)的荧光粉具有优异的温度传感性能,在非接触式光学测温中具有潜在的应用价值。

爆轰产物温度测量技术研究

为了对冲击压缩下介质和爆轰产物的温度进行测量,本文选择光学法作为测温方法。根据光学测温原理,介绍了如何在实验中用高温计实现爆轰产物温度的测量。通过对实验和理论所得到的炸药爆轰产物温度分布曲线进行比较,验证了该方法的可行性。

Bi^(3+)、Eu^(3+)共掺双钙钛矿Gd_(2)ZnTiO_(6)荧光粉制备及其温度传感性能

采用高温固相法制备了一系列具有双发射中心的Gd_(2(1-x-y))ZnTiO_(6)∶xBi^(3+),y Eu^(3+)荧光粉。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、荧光光谱、寿命衰减曲线和变温发射光谱等方法,系统地研究了该材料的结构、发光性能和温度传感特性。在Gd_(2)ZnTiO_(6)∶Bi^(3+),Eu^(3+)荧光粉中,Bi^(3+)和Eu^(3+)离子占据了Gd^(3+)离子的位置。在紫外激发下,Eu^(3+)的激发光谱和Bi^(3+)的发射光谱存在光谱重叠,表明从Bi^(3+)到Eu^(3+)可能存在能量传递。通过荧光强度比技术探究了Bi^(3+)蓝光发射与Eu^(3+)红光发射的不同温度响应特性。在293~473 K温度范围内,测得Gd_(2)ZnTiO_(6)∶Bi^(3+),Eu^(3+)荧光粉的最大相对温度灵敏度为1.133%·K^(-1),最大绝对灵敏度为0.73%·K^(-1)。因此,Gd_(2)ZnTiO_(6)∶Bi^(3+),Eu^(3+)荧光粉是一种有潜力的非接触式光学测温材料。

NaScF_(4)∶Yb^(3+)/Er^(3+)纳米颗粒荧光温敏特性

利用共沉淀法制备了六角相NaScF_(4)∶20%Yb^(3+)/2%Er^(3+)纳米颗粒,该纳米颗粒的尺寸约为35 nm且具有较好的分散性。在980 nm激发下,该纳米颗粒可以产生较强的上转换红光发射及较弱的上转换绿光发射,红绿比约为6。与此同时,在纳米颗粒中,Er^(3+)热耦合的绿光能级^(2)H_(11/2)与^(4)S_(3/2)具有较好的温度感测特性,利用其荧光强度比可实现较为准确的光学温度测量,最大相对灵敏度约为1.17%·K^(-1)。另外,在近红外区,非热耦合的Yb^(3+):^(2)F_(5/2)→^(2)F_(7/2)跃迁与Er^(3+):^(4)I_(13/2)→^(4)I_(15/2)跃迁的荧光强度比也表现出较好的光学测温性能,其相对灵敏度随着温度升高而逐渐增大,并在333 K时达到最大值0.73%·K^(-1)。以上结果表明,NaScF_(4)∶20%Yb^(3+)/2%Er^(3+)纳米颗粒是一种高效的上转换红光材料,且在可见区及近红外区均具有较好的光学测温表现。

近紫外光激发下KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)的下转换发光及温度传感特性

近年来,Er^(3+)离子掺杂的无机发光材料被广泛应用于温度传感材料的研究。本文采用溶胶⁃凝胶法制备了Er^(3+)掺杂的KBaGd(MoO_(4))_(3)荧光粉,利用常温激发和发射光谱、荧光衰减曲线以及变温发射光谱对其光谱性能以及温度传感特性进行了分析。荧光光谱表明,KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)在380 nm处有着较强的吸收峰,源自于Er^(3+)离子的4I_(15/2)→4G_(11/2)吸收跃迁。在近紫外光激发下,KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)荧光粉在520~570 nm之间具有两个明亮的绿色发射。由于电偶极间相互作用,当Er^(3+)离子掺杂浓度超过8%时,样品发光开始出现浓度猝灭。基于荧光强度比(FIR)模型计算得到KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)的相对灵敏度优于已报道的大部分同类温度传感材料,因此在光温传感领域有着更好的应用潜力。最后,对利用KBaGd(MoO_(4))_(3)∶Er^(3+)设计的LED进行了光电参数测试,并对其在照明领域的应用进行了客观评价。

ZnAl_(2)O_(4)/CaAl_(12)O_(19)∶Mn^(4+)荧光粉制备与发光性能

采用传统高温固相法制备了系列xZnAl_(2)O_(4)/CaAl_(12)O_(19)∶Mn^(4+)(xZAO/CAO∶Mn^(4+))混合相红光荧光粉,研究了ZnAl_(2)O_(4)掺杂对CaAl_(12)O_(19)∶Mn^(4+)形貌和发光性能的影响。X射线衍射(XRD)表征结果表明,在1723 K下煅烧6 h成功合成了xZAO/CAO∶Mn^(4+)混合相荧光粉,随着ZnAl_(2)O_(4)掺杂量的增加依然保持两相共存。荧光光谱分析表明,当x=1时,ZAO/CAO∶Mn^(4+)具有最大的荧光强度,其值比CaAl_(12)O_(19)∶Mn^(4+)的荧光强度提高了203%。相对于CaAl_(12)O_(19)∶Mn^(4+)荧光粉,ZAO/CAO∶Mn^(4+)荧光粉具有更长的荧光寿命,其内量子效率提高了211%。在298~418 K温度范围内,ZAO/CAO∶Mn^(4+)荧光粉的绝对灵敏度(S_(a))为4.32×10^(-3) K^(-1);在418 K时,最大相对灵敏度(S_(r))为3.65×10^(-3) K^(-1)。该荧光粉在光学测温方面具有潜在应用价值。

掺杂双相纳米晶复合光子玻璃的研究进展

掺杂双相纳米晶复合玻璃是近十年发展起来的一种新型的面向前沿光子学应用的光学材料。这一类材料是通过热处理原位析晶或者外掺纳米晶的方式在玻璃中均匀地镶嵌两种不同种类的纳米晶体,如氟化物(YF3)、氧化物(Ga_(2)O_(3))、钙钛矿(CsPbBr_(3))以及贵金属(Au)纳米晶等,其显著的特点是兼具两种纳米晶体各自的光学功能以及玻璃自身优良的物理、化学和机械加工特性,因而有望在多个领域,如照明、显示、激光、通信、光存储和传感等得到广泛的应用。本文全面回顾了稀土和过渡金属离子单掺或共掺模式下双相纳米晶复合光子玻璃的研究进展,并从对发光性能调控的角度出发,进行了三方面的总结,即:通过调控发光离子的间距影响能量传递机制;通过构造多种晶体场环境拓展发光离子的发光带宽;通过调控发光离子局域光子态密度增强其发光效率。同时,对掺杂双相纳米晶复合玻璃的一个典型应用,即利用多模式发光实现高精度光学测温进行了总结。最后,分析了现阶段双相纳米晶复合玻璃研究中存在的一些问题,并对其发展前景进行了展望。