一种基于稀土dy
3+
离子发光的比率型温度探测方法
技术领域
1.本发明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。


背景技术：

2.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
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。
3.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。
4.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：
5.i
蓝光i
＝n3ω
30
g
30
hν
30
(1)
6.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；
7.n2为热耦合能级4f
9/2
上的粒子数；
8.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；
9.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；
10.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；
11.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；
12.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；
13.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。
14.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
15.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度的关系；dy
3+
掺杂gd2ti2o7荧光粉中采用了gd2ti2o7基质的陷阱发光与dy
3+
离子4f
9/2
→6h
15/2
跃迁的蓝色发光之间的强度比进行温度传感；dy
3+
掺杂cawo4荧光粉中还探索了dy
3+
离子4g
11/2
→6h
15/2
跃迁的紫外发光和4f
9/2
→6h
15/2
跃迁的蓝色发光之间的强度比与温度的关系。
[0021]
由于dy
3+
离子热耦合能级对4i
15/2
和4f
9/2
之间的能级差约为1200cm
‑1，引起4i
15/2
→6h
15/2
和4f
9/2
→6h
15/2
跃迁对应的两个蓝色发光峰出现较大程度的重叠，因此在传统的研究广泛的基于dy
3+
离子两个蓝光强度比的测温技术中，两个蓝光的发光强度(即i
蓝光i
和i
蓝光ii
)常常难于精确测量，使得两个蓝光的发光强度比值(i
蓝光i
/i
蓝光ii
)存在较大误差，导致发光强度比(i
蓝光i
/i
蓝光ii
)和温度(t)的关系偏离公式(4)的理论模型，降低了温度传感的精度。例如在dy
3+
掺杂y4al2o9荧光粉、dy
3+
掺杂gd2ti2o7荧光粉和dy
3+
掺杂y2sio5荧光粉中，均存在dy
3+
离子两个蓝色发光峰较大程度重叠的问题。
[0022]
此外，由于热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
的布居遵循boltzmann分布，在较低温度下热耦合能级的较高能级4i
15/2
上的相对布居数过少导致4i
15/2
→6h
15/2
跃迁几率很低，无法获得有效的发光强度(即i
蓝光i
)，导致低温下的i
蓝光i
/i
蓝光ii
比值也很小，使得低温时无法建立i
蓝光i
/i
蓝光ii
比值与温度的关系，因此传统的基于dy
3+
离子两个蓝光强度比的测温方法(即i
蓝光i
/i
蓝光ii
)不适用于较低温度的测量。例如在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y2sio5荧光粉和dy
3+
掺杂cawo4荧光粉中，在其各自研究的低温范围均存在i
蓝光i
强度过低的现象，因此不适用于较低温度范围的温度探测。
[0023]
第三，关于利用dy
3+
离子其它波段发光的强度比与温度的关系进行温度探测的研究中，例如，dy
3+
掺杂bayf5荧光粉、dy
3+
掺杂gd2ti2o7荧光粉和dy
3+
掺杂cawo4荧光粉等，采用的都是经验公式确立发光强度比与温度的纯数学关系。这些建立的发光强度比与温度的经验公式缺乏dy
3+
离子的发光强度比值与温度之间的内在物理机制，仅仅适用于各自所研究的dy
3+
掺杂发光材料体系，不具备普适性。


技术实现要素：

[0024]
本发明克服了现有技术中基于稀土dy
3+
离子两个蓝光强度比测温技术中发光峰重叠导致的发光强度测量精度低、低温探测效果差和温度灵敏度不高的缺点，利用来自于dy
3+
离子的蓝色和黄色发光，通过两者发光的强度比与温度之间的定量关系，实现了一种基于dy
3+
离子发光的比率型测温新方法，不仅有效避免了发光峰重叠导致的发光强度测量精度低的问题，还能有效扩展测温范围以及提高温度探测灵敏度。
[0025]
为实现上述目的，本发明的技术方案为：基于稀土dy
3+
离子掺杂发光材料，以紫外或者红光为激发源，获得来自于dy
3+
的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。其定量关系如下：
[0026]
dy
3+
离子的两个热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
除了能向基态6h
15/2
能级跃迁产生蓝色发光，还可以向亚稳态6h
13/2
能级跃迁产生黄光发射，其黄光强度可表示为：
[0027]
i
黄光
＝n3ω
31
g
31
hν
31
+n2ω
21
g
21
hν
21
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0028]
其中，n3为热耦合能级4i
15/2
上的粒子数；
[0029]
n2为热耦合能级4f
9/2
上的粒子数；
[0030]
ω
31
为热耦合能级4i
15/2
向亚稳态6h
13/2
能级跃迁的自发发射速率；
[0031]
ω
21
为热耦合能级4f
9/2
向亚稳态6h
13/2
能级跃迁的自发发射速率；
[0032]
g
31
为热耦合能级4i
15/2
向亚稳态6h
13/2
能级跃迁的能级简并度；
[0033]
g
21
为热耦合能级4f
9/2
向亚稳态6h
13/2
能级跃迁的能级简并度；
[0034]
ν
31
为热耦合能级4i
15/2
向亚稳态6h
13/2
能级跃迁的发光频率；
[0035]
ν
21
为热耦合能级4f
9/2
向亚稳态6h
13/2
能级跃迁的发光频率。
[0036]
因此，dy
3+
离子热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
分别向基态6h
15/2
能级和亚稳态6h
13/2
能级跃迁产生的蓝光强度(i
蓝光
＝i
蓝光i
+i
蓝光ii
)和黄光强度(i
黄光
)之间的比值可表示为：
[0037]
其中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。
[0038]
其中，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。
[0039]
根据公式(5)关于温度探测灵敏度的定义，基于dy
3+
离子蓝光和黄光强度比的测温绝对灵敏度可表示为：
[0040][0041]
本发明另一个目的是保护基于稀土dy
3+
离子发光的比率型温度探测方法，
[0042]
具体步骤如下：
[0043]
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
；
[0044]
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
；
[0045]
s3.获得上述温度下的荧光强度比值
[0046]
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温度t的关系曲线；
[0047]
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。
[0048]
进一步的，i
蓝光
＝i
蓝光i
+i
蓝光ii
，其中，i
蓝光i
为dy
3+
离子热耦合能级4i
15/2
向基态6h
15/2
能级跃迁产生的发光强度，i
蓝光ii
为dy
3+
离子热耦合能级4f
9/2
向基态6h
15/2
能级跃迁产生的发光强度。
[0049]
进一步的，i
黄光
＝n3ω
31
g
31
hν
31
+n2ω
21
g
21
hν
21
。
[0050]
进一步的，所述的紫外光激发波长为352nm。
[0051]
进一步的，所述红光激发波长为698nm。
[0052]
本发明的基于稀土dy
3+
蓝色和黄色发光的荧光强度比实现高精度和高温度传感灵敏度温度测温技术特点如下：
[0053]
a、采用稀土dy
3+
离子热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
向基态6h
15/2
和亚稳态6h
13/2
能级跃迁的蓝色和黄色下转换或者上转换发光强度i
蓝色
和i
黄色
，两者发光强度的比值与温度t
呈现特定的定量关系
[0054]
b、本发明比率型测温方法中的两个发光来自于稀土dy
3+
离子热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
分别向基态6h
15/2
和亚稳态6h
13/2
能级的跃迁，即4i
15/2
/4f
9/2
→6h
15/2
和4i
15/2
/4f
9/2
→6h
13/2
。由于基态6h
15/2
和亚稳态6h
13/2
能级的能级差约为3000cm
‑1，稀土dy
3+
离子蓝色和黄色发光峰中心位置相距为100nm左右，两个发光峰没有任何重叠，因此能够精确计算蓝光和黄光发光强度值，克服了两个蓝光发光峰重叠导致的发光强度测量精度低的问题，因而本发明的测量精度高。
[0055]
c、由于热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
的布居遵循boltzmann分布，因此在较低温度下热耦合能级的较高能级4i
15/2
的相对布居数过少导致其向基态4i
15/2
能级的跃迁很弱，无法获得有效的发光强度(即i
蓝光i
)，因此，传统的基于dy
3+
离子两个蓝光强度比的测温方法(即i
蓝光i
/i
蓝光ii
)不适用于较低温度的测量。本发明基于的dy
3+
离子蓝色和黄色发光在较低温度区间也可获得较强的发光强度，可以适用于低温的探测，因此能够有效扩展温度的探测范围。
[0056]
d、本发明基于dy
3+
离子的蓝色和黄色发光，不仅可通过短波长如紫外光激发得到蓝色和黄色下转换发光，还能通过较易获得的长波长如红光作为激发光源产生高效的蓝色和黄色上转换发光，用于温度探测，因此本发明有效拓展了基于稀土dy
3+
离子发光的温度传感所用的激发光源波长范围，且本发明的比率型测温方法具有较高的温度探测灵敏度，不仅没有降低温度探测的灵敏度，在某些dy掺杂荧光粉中其温度探测灵敏度甚至得到了大幅提高。
[0057]
e、本发明基于的dy
3+
离子蓝色和黄色发光强度比与温度之间具备特定的理论关系，适用于所有的dy
3+
掺杂发光材料，因此本发明具有普适性。
附图说明
[0058]
图1稀土dy
3+
离子的能级结构及发光机理；
[0059]
图2为本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉在常温下的激发光谱(监测波长λ
em
＝575nm)(图a左)和发射光谱(激发波长λ
ex
＝352nm)(图a右)，以及不同温度下的下转换发光光谱(激发波长λ
ex
＝352nm)(图b)；
[0060]
图3为本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉的蓝色和黄色下转换发光强度比(i
蓝光
/i
黄光
)与温度(t)的关系曲线(图a)，以及两个蓝光下转换发光强度比(i
蓝光i
/i
蓝光ii
)与温度(t)的关系曲线(图b)；
[0061]
图4为本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉分别基于蓝色和黄色下转换发光强度比(i
蓝光
/i
黄光
)和两个蓝光下转换发光强度比(i
蓝光i
/i
蓝光ii
)的温度灵敏度曲线；
[0062]
图5为本发明实施例2的dy
3+
掺杂yag荧光粉在常温下的激发光谱(监测波长λ
em
＝583nm)(图a左)和发射光谱(激发波长λ
ex
＝352nm)(图a右)，以及不同温度下的下转换发光光谱(激发波长λ
ex
＝352nm)(图b)；
[0063]
图6为本发明实施例2的dy
3+
掺杂yag荧光粉的蓝光和黄光下转换发光强度比(i
蓝光
/
i
黄光
)与温度(t)的关系曲线(图a)及其温度灵敏度曲线(图b)；
[0064]
图7为本发明实施例3的dy
3+
掺杂nayf4荧光粉在常温下的激发光谱(监测波长λ
em
＝575nm)(图a右)和发射光谱(激发波长λ
ex
＝698nm)(图a左)，以及在不同温度下的上转换发光光谱(激发波长λ
ex
＝698nm)(图b)；
[0065]
图8为本发明实施例3的dy
3+
掺杂nayf4荧光粉的蓝光和黄光上转换发光强度比(i
蓝光
/i
黄光
)与温度(t)的关系曲线(图a)及其温度灵敏度曲线(图b)。
具体实施方式
[0066]
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
[0067]
本发明以稀土dy
3+
掺杂cawo4荧光粉、dy
3+
掺杂y3al5o
12
(yag)荧光粉和dy
3+
掺杂nayf4荧光粉作为3个实施例，以352nm的紫外光和698nm的红光为激发源，获得来自于稀土dy
3+
离子的蓝色和黄色下转换发光和上转换发光，实现基于稀土dy
3+
离子蓝光和黄光强度比与温度的定量关系。
[0068]
实施例1
[0069]
稀土dy
3+
掺杂cawo4荧光粉在常温下下转换发光，从图2a左侧所示的本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉在常温下的下转换激发光谱可以看出，当监测波长λ
em
在黄光发光峰575nm时，在300～410nm波段范围内出现了多个dy
3+
的激发峰，其中352nm为最佳激发波长，对应于dy
3+
的6h
15/2
→6p
7/2
激发跃迁。
[0070]
从图2a右侧所示的本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉在常温下的下转换发光光谱可以看出，在352nm紫外光激发下，dy
3+
掺杂cawo4荧光粉在420～650nm波段范围内分别发射出蓝色和黄色下转换发光，分别对应于dy
3+
离子的4i
15/2
→6h
15/2
，4f
9/2
→6h
15/2
和4i
15/2
/4f
9/2
→6h
13/2
跃迁，其中4i
15/2
→6h
15/2
跃迁较弱。
[0071]
从图2b所示的本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉在不同温度下的下转换发光光谱可以看出，随着温度的升高，dy
3+
离子发光峰位没有明显改变，但发光强度发生了变化。对应于dy
3+
离子4f
9/2
→6h
15/2
和4i
15/2
/4f
9/2
→6h
13/2
跃迁的蓝光发光强度i
蓝光ii
和黄光发光强度i
黄光
均随着温度的升高逐渐下降，而对应于4i
15/2
→6h
15/2
跃迁的蓝光发光强度i
蓝光i
随着温度升高缓慢增强。
[0072]
s1.以352nm的紫外光为激发源，监测稀土dy
3+
掺杂cawo4荧光粉在300
‑
650k范围内对应于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发光强度i
蓝光
；
[0073]
s2.计算上述温度范围下对应于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
；
[0074]
s3.获得上述温度下的荧光强度比值
[0075]
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温度t的关系曲线；
[0076]
s5.采用公式对步骤s4获得的曲线进行拟合，得到实现基于稀土dy
3+
蓝色和黄色发光的荧光强度比与温度的定量关系。
[0077]
图3a给出了本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉的dy
3+
离子蓝光发光强度(i
蓝光
＝i
蓝光i
+i
蓝光ii
)与黄光发光强度之比(i
蓝光
/i
黄光
)和温度(t)之间的关系曲线，其中实线为公式(7)的拟合结果。在300
‑
650k温度范围内，强度比(i
蓝光
/i
黄光
)和温度(t)之间满足公式(7)所示的良好关系，表明dy
3+
的蓝光和黄光发光强度比与温度在较宽的温度区间均呈现出优良的温度传感特性。
[0078]
对比例1
[0079]
为了对比前人基于dy
3+
两个蓝光强度比的光学温度传感特性，发明人还进行了dy
3+
掺杂cawo4荧光粉基于dy
3+
两个蓝光强度比的光学温度传感特性研究。
[0080]
图3b为本发明实施例1的dy
3+
掺杂cawo4荧光粉中dy
3+
离子两个蓝光发光强度之比(i
蓝光i
/i
蓝光ii
)和温度(t)之间的关系曲线，其中实线为公式(4)的拟合结果。
[0081][0082]
在425
‑
650k温度范围内，强度比(i
蓝光i
/i
蓝光ii
)和温度(t)之间满足公式(4)，表明dy
3+
离子两个蓝色发光强度之比与温度在较高温度区间呈现出良好的温度传感特性。而在较低温度区间则存在较大偏差，这是由于低温时dy
3+
离子4i
15/2
→6h
15/2
跃迁较弱，无法获得有效的发光强度(i
蓝光i
)以及强度比(i
蓝光i
/i
蓝光ii
)。
[0083]
根据公式(5)和(8)计算实施例1中分别基于dy
3+
蓝光和黄光发光强度比以及两个蓝光发光强度之比的温度探测绝对灵敏度曲线
[0084][0085][0086]
由图4可知，在整个实验温度区间基于dy
3+
蓝光和黄光发光强度比的测温技术均具有较好地温度传感灵敏度，在t＝650k时具有最大的绝度灵敏度s
a
＝0.00243k
‑1，相比于基于dy
3+
两个蓝色发光强度比的测温技术(在t＝600k时具有最大灵敏度s
a
＝0.00125k
‑1)提高了约2倍，表明本发明的基于dy
3+
蓝光和黄光发光强度比的测温新方法相比于传统的基于dy
3+
两个蓝色发光强度比的测温方法具有较高的温度探测灵敏度。
[0087]
实施例2
[0088]
稀土dy
3+
掺杂yag荧光粉在常温下下转换发光，从图5a左侧所示的本发明实施例2的dy
3+
掺杂yag荧光粉在常温下的下转换激发光谱可以看出，当监测波长λ
em
在黄光发光峰
583nm时，在300～420nm波段范围内出现了多个dy
3+
的激发峰，其中352nm仍为最佳激发波长，对应于dy
3+
的6h
15/2
→6p
7/2
激发跃迁。从图5a右侧所示的本发明实施例2的dy
3+
掺杂yag荧光粉在常温下的下转换发光光谱可以看出，在352nm紫外光激发下，dy
3+
掺杂yag荧光粉在440～630nm波段范围内分别发射出蓝色和黄色下转换发光，分别对应于dy
3+
离子的4i
15/2
→6h
15/2
，4f
9/2
→6h
15/2
和4i
15/2
/4f
9/2
→6h
13/2
跃迁，其中热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
向基态4i
15/2
能级跃迁的两个蓝光峰几乎重叠。
[0089]
从图5b所示的本发明实施例2的dy
3+
掺杂yag荧光粉在不同温度下的下转换发光光谱可以看出，随着温度的升高，dy
3+
离子发光峰位没有明显改变，但发光强度发生了变化。对应于dy
3+
离子4f
9/2
→6h
15/2
和4i
15/2
/4f
9/2
→6h
13/2
跃迁的蓝光发光强度i
蓝光ii
和黄光发光强度i
黄光
均随着温度的升高逐渐下降，而对应于4i
15/2
→6h
15/2
跃迁的蓝光发光强度i
蓝光i
随着温度升高缓慢增强。
[0090]
对比例2
[0091]
由于dy
3+
离子的4i
15/2
→6h
15/2
和4f
9/2
→6h
15/2
跃迁对应的两个蓝光发光峰重叠严重，导致不能有效计算出两个蓝光发光强度(i
蓝光i
和i
蓝光ii
)，因此传统的基于dy
3+
离子两个蓝光强度比的测温方法(即i
蓝光i
/i
蓝光ii
)具有很大的局限性。
[0092]
采用本发明的方法计算发光的强度比与温度之间的定量关系，图6a给出了本发明实施例2的dy
3+
掺杂yag荧光粉的dy
3+
离子蓝光与黄光发光强度之比(i
蓝光
/i
黄光
)和温度(t)之间的关系曲线，其中实线为公式(7)的拟合结果。在323
‑
600k温度范围内，强度比(i
蓝光
/i
黄光
)和温度(t)之间满足公式(7)所示的良好关系，表明dy
3+
的蓝光和黄光发光强度比与温度呈现出优良的温度传感特性。图6b为根据公式(8)计算的基于dy
3+
蓝光和黄光发光强度比的温度探测绝对灵敏度曲线，可得在t＝426k时具有最大的绝度灵敏度s
a
＝0.0002k
‑1。
[0093]
实施例3
[0094]
稀土dy
3+
掺杂nayf4荧光粉在常温下上转换发光，从图7a右侧所示的本发明实施例3的dy
3+
掺杂nayf4荧光粉在常温下的上转换激发光谱可以看出，当监测波长λ
em
在黄光发光峰575nm时，在650～850nm波段范围内出现了多个dy
3+
的上转换激发峰，其中698nm为最佳上转换激发波长，对应于dy
3+
的6h
15/2
→6p
7/2
跃迁的双光子激发。从图7a左侧所示的本发明实施例3的dy
3+
掺杂nayf4荧光粉在常温下的上转换发光光谱可以看出，在698nm红光激发下，dy
3+
掺杂nayf4荧光粉在400～620nm波段范围内分别发射出蓝色和黄色上转换发光，分别对应于dy
3+
离子的4i
15/2
/4f
9/2
→6h
15/2
和4i
15/2
/4f
9/2
→6h
13/2
跃迁，其中热耦合能级4i
15/2
和4f
9/2
向基态4i
15/2
能级跃迁的两个蓝光峰完全重叠。
[0095]
从图7b所示的本发明实施例3的dy
3+
掺杂nayf4荧光粉在不同温度下的上转换发光光谱可以看出，随着温度的升高，dy
3+
离子发光峰位没有明显改变，但发光强度发生了变化。对应于dy
3+
离子4i
15/2
/4f
9/2
→6h
15/2
和4i
15/2
/4f
9/2
→6h
13/2
跃迁的蓝光发光强度i
蓝光
和黄光发光强度i
黄光
均随着温度的升高逐渐下降。
[0096]
对比例3
[0097]
本发明实施例3的dy
3+
掺杂nayf4荧光粉中对应于dy
3+
离子4i
15/2
→6h
15/2
和4f
9/2
→6h
15/2
跃迁的两个蓝光发光峰基本完全重叠，无法准确得到这两个蓝光发光的强度比值，因此不能获得传统的基于两个蓝色发光强度比值的光学温度传感特性。
[0098]
图8a给出了本发明实施例3的dy
3+
掺杂nayf4荧光粉的dy
3+
离子蓝光与黄光发光强
度之比(i
蓝光
/i
黄光
)和温度(t)之间的关系曲线，其中实线为公式(7)的拟合结果。在300
‑
410k温度范围内，强度比(i
蓝光
/i
黄光
)和温度(t)之间满足公式(7)所示的良好关系，表明dy
3+
的蓝光和黄光发光强度比与温度呈现出优良的温度传感特性。图8b为根据公式(8)计算的基于dy
3+
蓝光和黄光发光强度比的温度探测绝对灵敏度曲线，可得在t＝300k时具有最大的绝度灵敏度s
a
＝0.001k
‑1。
[0099]
上文引用的dy
3+
掺杂发光材料的参考文献如下：
[0100]
dy
3+
掺杂y4al2o9：z.boruc,et al.,optics letters,2012,37,5214
‑
5216；
[0101]
dy
3+
掺杂bayf5：z.cao,et al.,current applied physics,2014,14,1067
‑
1071]；
[0102]
dy
3+
掺杂gdvo4：z.antic,et al.,advanced materials,2016,28,7745
‑
7752；
[0103]
dy
3+
掺杂gd2ti2o7：s.et al.,journal of luminescence,2016,170,395
‑
400；
[0104]
dy
3+
掺杂y2sio5：l.m.chepyga,et al.,journal of luminescence,2018,197,23
‑
30；
[0105]
dy
3+
掺杂cawo4：l.li,et al.,sensors and actuators a:physical,2020,304,111864。
[0106]
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。