一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法

本发明涉及稀土掺杂微晶玻璃，具体涉及一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法及应用。

背景技术：

1、基于稀土离子热耦合能级发射的非接触式温度传感器，可极大满足强腐蚀和强磁场等恶劣环境下的温度探测需求。为实现精确测温，所需材料要求具有较高的发光强度和光温灵敏度。

2、上转换发光和光学温度传感特性高度依赖于具有低声子能量的主晶格，这可以大大降低非辐射衰减，从而有效地提高上转换的发光效率。因此，稀土离子掺杂是影响基质材料发光性能关键因素之一。

3、氟氧化物微晶玻璃由于其优异的性能，是稀土离子光学温度传感的理想基质材料，其具有正交结构vernier相的y5o4f7纳米晶，兼具低声子能量和多格位点的优势，被认为是极具潜力的光温传感材料。为进一步提高材料的光温灵敏度，对稀土离子晶体场进行调控，获得低对称性的局部环境有利于实现高发射强度和高灵敏度。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法及应用，其通过向玻璃基质中引入离子半径较小的光学惰性稀土离子lu3+离子，降低y5o4f7晶体场的局部对称性，从而开发出一种基于稀土离子晶体场局域对称性调控的氟氧微晶玻璃，该微晶玻璃兼具了优异的上转换发光效率、热稳定性和光温传感灵敏度，在制备高发光效率、高热稳定性和高光温传感灵敏度的优质光温传感材料方面极具应用前景。

2、本发明公开了一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，包括：

3、将氟氧微晶玻璃原料与乙醇混合并研磨均匀，而后进行高温熔融、压制成型和退火，得到具有透明特征的前驱体玻璃；其中，所述氟氧微晶玻璃原料包括基体玻璃物质和稀土氟化物，所述稀土氟化物包括luf3以及erf3、ybf3、hof3和tmf3中的至少一种，即，稀土氟化物除含有luf3之外，还包括erf3、ybf3、hof3和tmf3中的至少一种；

4、将前驱体玻璃进行晶化处理，得到具有稀土离子掺杂的氟氧微晶玻璃。

5、作为本发明的进一步改进，按摩尔百分比计，所述氟氧微晶玻璃原料包括基体玻璃物质和稀土氟化物，所述稀土氟化物包括40-45％的sio2，20-25％的al2o3，15-17％的na2o，8-12％的naf，5-10％的yf3和1-5％的ref3，其中re为lu3+以及er3+、yb3+、ho3+和tm3+中至少一种的组合。

6、作为本发明的进一步改进，naf的摩尔百分比为8-10％，yf3的摩尔百分比为8-10％，ref3的摩尔百分比为1-3％。

7、作为本发明的进一步改进，lu3+作为重要稀土掺杂离子，起到降低稀土离子晶体场局域对称性的作用；其掺入摩尔百分比为0.005-0.25％。

8、作为本发明的进一步改进，所述将氟氧微晶玻璃原料与乙醇混合并研磨均匀，而后进行高温熔融、压制成型和退火，得到具有透明特征的前驱体玻璃；包括：

9、将氟氧微晶玻璃原料与乙醇混合，并在球磨机中与氧化锆球研磨，混合均匀后置于烘箱中干燥；然后将烘干粉配合料置于氧化铝坩埚中，并在加盖状态下进行高温熔融；将熔融料压制成型为片状前驱体玻璃，并进一步移至马弗炉中进行退火，得到具有透明特征的前驱体玻璃。

10、作为本发明的进一步改进，研磨时间为12h。

11、作为本发明的进一步改进，高温熔融的熔制温度为1450-1550℃，熔制时间为1-1.5h。

12、作为本发明的进一步改进，所述将前驱体玻璃进行晶化处理，得到具有稀土离子掺杂的氟氧微晶玻璃；包括：

13、将前驱体玻璃置于马弗炉中以10-20k/min的升温速率随炉升温至650-660℃并进行热处理1-3h，得到具有稀土离子掺杂的氟氧微晶玻璃。

14、作为本发明的进一步改进，氟氧微晶玻璃的微晶相为y5o4f7，晶型为正交结构vernier相，晶粒尺寸为20nm-40nm。

15、本发明还公开了一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃在非接触式温度传感器材料中的应用，所述稀土掺杂的氟氧微晶玻璃由上述稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法制得。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、本发明y5o4f7纳米晶中o2-和f-的非化学计量比是掺杂的稀土离子导致，提供了多格位、低局域对称性的稀土离子晶体场环境，兼具较低的声子能量，可同时实现稀土离子较高的上转换发光和较高的光温传感灵敏度；

18、本发明通过掺杂比半径更小的实现y5o4f7纳米晶的晶格畸变和格位对称性下降，增强发光稀土离子的电-声耦合作用和电子跃迁几率，提高了上转换发光强度；

19、本发明基于稀土离子热耦合能级荧光强度比测温技术，具有非接触、高空间分辨率和响应速度、高光温灵敏度，300k下的相对光温灵敏度值可达到1.504％ k-1，在复杂电磁场和严苛高温环境的温度探测方面具有明显优势。

技术特征：

1.一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，按摩尔百分比计，所述氟氧微晶玻璃原料包括基体玻璃物质和稀土氟化物，所述稀土氟化物包括40-45％的sio2，20-25％的al2o3，15-17％的na2o，8-12％的naf，5-10％的yf3和1-5％的ref3，其中re为lu3+以及er3+、yb3+、ho3+和tm3+中至少一种的组合。

3.如权利要求2所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，naf的摩尔百分比为8-10％，yf3的摩尔百分比为8-10％，ref3的摩尔百分比为1-3％。

4.如权利要求2或3所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，lu3+的掺入摩尔百分比为0.005-0.25％。

5.如权利要求1所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，所述将氟氧微晶玻璃原料与乙醇混合并研磨均匀，而后进行高温熔融、压制成型和退火，得到具有透明特征的前驱体玻璃；包括：

6.如权利要求1或5所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，高温熔融的熔制温度为1450-1550℃，熔制时间为1-1.5h。

7.如权利要求1所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，所述将前驱体玻璃进行晶化处理，得到具有稀土离子掺杂的氟氧微晶玻璃；包括：

8.如权利要求1所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，其特征在于，氟氧微晶玻璃的微晶相为y5o4f7，晶型为正交结构vernier相，晶粒尺寸为20nm-40nm。

9.一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃在非接触式温度传感器材料中的应用，所述稀土掺杂的氟氧微晶玻璃由如权利要求1～8中任一项所述的稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法制得。

技术总结本发明公开了一种稀土掺杂的氟氧微晶玻璃调控晶体场对称性的方法，包括：将氟氧微晶玻璃原料与乙醇混合并研磨均匀，而后进行高温熔融、压制成型和退火，得到具有透明特征的前驱体玻璃；其中，氟氧微晶玻璃原料包括基体玻璃物质和稀土氟化物，稀土氟化物包括LuF<subgt;3</subgt;以及ErF<subgt;3</subgt;、YbF<subgt;3</subgt;、HoF<subgt;3</subgt;和TmF<subgt;3</subgt;中的至少一种；将前驱体玻璃进行晶化处理，得到具有稀土离子掺杂的氟氧微晶玻璃。本发明引入Lu<supgt;3+</supgt;调控Y<subgt;5</subgt;O<subgt;4</subgt;F<subgt;7</subgt;纳米晶晶体场局域对称性，实现其对发光稀土离子上转换发光和光温传感性能的提高。该方法制备工艺简单，制得的微晶玻璃具有优异上转换发光性能和较好的透明度，同时兼具较高的光温传感灵敏度。技术研发人员：赵志永,彭彩茹,田英良,尹巧云,田雪洁,孙诗兵受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5