本發(fā)明涉及壓力傳感發(fā)光材料，具體涉及一種cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、壓力作為非常重要的基本熱力學(xué)參數(shù)，是工業(yè)生產(chǎn)和高新技術(shù)領(lǐng)域最受關(guān)注的指標(biāo)。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展變化極快的今天，為了滿足各行各業(yè)對于壓力監(jiān)測的多元化需求，高靈敏度壓傳感器的研發(fā)迫在眉睫。熒光測壓技術(shù)利用材料的光致發(fā)光特性進行非接觸式壓力測量，具有高靈敏度和快速響應(yīng)的優(yōu)點。其廣泛的測量范圍和高空間分辨率使其能夠精確檢測微小壓力變化。熒光材料的化學(xué)和物理穩(wěn)定性使其適用于惡劣環(huán)境，且能與其他光學(xué)系統(tǒng)輕松集成。此外，熒光測壓不受電磁干擾影響，適合在強電磁場環(huán)境中使用。這些優(yōu)勢使熒光測壓在航空航天、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力。

2、壓力傳感發(fā)光材料具有極大的應(yīng)用空間，但相關(guān)研究較少，而且由于受壓力傳感測試條件的限制，研究的廣度、深度都急待加強。壓力傳感稀土發(fā)光材料需要采集的信號參數(shù)多種多樣，主要為：光譜的紅移距離、中心波長的移動距離以及光譜的強度變化。光譜紅移的速率主要取決于在壓力變化下，電子軌道的伸縮、離子間距離變化導(dǎo)致的相互作用的改變，目前熒光測壓技術(shù)仍存在很多問題，比如分辨力低、受壓方式(如剪切、拉伸、彎曲等)極大影響實驗精確度等等，因此需要更深入的研究。

3、紅寶石作為標(biāo)準(zhǔn)壓力系統(tǒng)因其高靈敏度和精確性而廣泛應(yīng)用于高壓研究中。利用紅寶石的r1和r2熒光峰的位移可以實現(xiàn)壓力的標(biāo)定。但是其靈敏度較低約為0.365nm/gpa，并且在低于10gpa的范圍內(nèi)測量誤差較大。因此，近幾年研究者的研究重點是通過開發(fā)不同類型摻雜離子的傳感器來不斷提高靈敏度。然而，雖然研究者通過尋找不同的基質(zhì)材料不斷提高壓力傳感性能，但是并未提出有效的調(diào)控策略與普適性規(guī)律，同時，此前報道過的傳感器主要針對于高壓領(lǐng)域(高于10gpa)，但較高壓力會對很多有機物造成破壞并且使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生相變。因此急需開發(fā)低壓區(qū)(低于10gpa)響應(yīng)速度快，測量精度高的傳感材料。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉及其制備方法與應(yīng)用，以解決現(xiàn)有壓力傳感發(fā)光材料靈敏度低，成本高，在低壓區(qū)(低于10gpa)精準(zhǔn)度低等問題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

3、一種cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉，近紅外發(fā)射熒光粉的分子式為casc1-xal1+xsio6：ycr3+，其中，x＝0-0.4，y＝0.005-0.02。

4、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過無序結(jié)構(gòu)的設(shè)計和結(jié)構(gòu)剛性的提高，實現(xiàn)了cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉超靈敏光學(xué)傳感性能的顯著提升，該cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉具備超寬近紅外發(fā)射，發(fā)射光譜質(zhì)心位于950nm，發(fā)射范圍為700-1400nm，發(fā)光強度和發(fā)光熱穩(wěn)定性較高，傳感性能相較于傳統(tǒng)的商用紅寶石傳感器性能提升40倍，靈敏度高，達到15.08nm/gpa。

5、進一步地，近紅外發(fā)射熒光粉的分子式為cascalsio6：0.01cr3+或casc0.6al1.4sio6：0.01cr3+。

6、上述cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉的制備方法，包括以下步驟：

7、(1)按分子式化學(xué)計量比稱量caco3、sc2o3、sio2、al2o3和cr2o3與酒精混合均勻，研磨；

8、(2)將步驟(1)研磨產(chǎn)物進行燒結(jié)，冷卻，磨粉后制得。

9、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用傳統(tǒng)的高溫固態(tài)反應(yīng)合成方法進行制備，原料易得，成本低，生產(chǎn)效率高，易于工業(yè)化生產(chǎn)，為多種cr3+基光學(xué)傳感器的制備提供新的思路。

10、進一步地，步驟(1)中額外加入總固體原料質(zhì)量的4-6％的alf3。

11、進一步地，步驟(1)中研磨的時間為5-20min。

12、進一步地，步驟(2)中燒結(jié)的溫度為1275-1400℃，每次燒結(jié)時間3-5h，重復(fù)燒結(jié)2-4次。

13、上述cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉在制備光學(xué)傳感器中的應(yīng)用。

14、一種光學(xué)傳感器，包括上述cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉。

15、本發(fā)明具有以下有益效果：

16、本發(fā)明提供了一種cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉casc1-xal1+xsio6：ycr3+及其制備方法，制備方法簡單，生產(chǎn)效率高，原料易得，成本低，制得的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉具有超寬近紅外發(fā)射，具備無序結(jié)構(gòu)和較高的結(jié)構(gòu)剛性，實現(xiàn)了對光學(xué)傳感性能的顯著提升，具備高發(fā)光強度和發(fā)光熱穩(wěn)定性，具備作為光學(xué)傳感器的可逆性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和優(yōu)異的靈敏度。

技術(shù)特征：

1.一種cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉，其特征在于，近紅外發(fā)射熒光粉的分子式為casc1-xal1+xsio6：ycr3+，其中，x＝0-0.4，y＝0.005-0.02。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉，其特征在于，近紅外發(fā)射熒光粉的分子式為cascalsio6：0.01cr3+或casc0.6al1.4sio6：0.01cr3+。

3.權(quán)利要求1或2所述的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中額外加入總固體原料質(zhì)量的4-6％的alf3。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中研磨的時間為5-20min。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中燒結(jié)的溫度為1275-1400℃，每次燒結(jié)時間3-5h，重復(fù)燒結(jié)2-4次。

7.權(quán)利要求1或2所述的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉在制備光學(xué)傳感器中的應(yīng)用。

8.一種光學(xué)傳感器，其特征在于，包括權(quán)利要求1或2所述的cr3+基近紅外發(fā)射熒光粉。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種Cr<supgt;3+</supgt;基近紅外發(fā)射熒光粉及其制備方法與應(yīng)用，屬于壓力傳感發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域。上述Cr<supgt;3+</supgt;基近紅外發(fā)射熒光粉的分子式為CaSc<subgt;1?x</subgt;Al<subgt;1+x</subgt;SiO<subgt;6</subgt;：yCr<supgt;3+</supgt;，其中，x＝0?0.4，y＝,0.005?0.02。本發(fā)明制備方法簡單，量子效率高，原料易得成本低，制得的Cr<supgt;3+</supgt;基近紅外發(fā)射熒光粉，具有超寬帶近紅外發(fā)射，具備無序結(jié)構(gòu)和較高的結(jié)構(gòu)剛性，實現(xiàn)了對光學(xué)傳感性能的顯著提升，具備高發(fā)光強度和發(fā)光熱穩(wěn)定性，具備作為光學(xué)傳感器的可逆性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和優(yōu)異的靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇科,梅樂夫,潘鑫,王紅玲,郭慶豐,廖立兵
受保護的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17