[发明专利]纯上转换气凝胶材料和制备方法及在温度监测方面的用途

说明书

一种纯上转换气凝胶材料，其特征在于：主体材料是K₂YF₅，其中分别掺杂Yb和镧系元素Ln，形成K₂YF₅：Yb，Ln。这种气凝胶材料是通过首先制备K₂YF₅：Yb，Ln纳米线，再将纳米线分散液冷冻干燥制得的，因此气凝胶材料为纯上转换材料，无杂质，发光特性随温度变化，可用于保温隔热和温度传感。

技术领域

本发明涉及纳米材料，具体涉及一种轻质纯上转换气凝胶材料及其在温度监测方面的用途。

背景技术

气凝胶是一种孔隙率极高的固体，这一特性使得它密度极低，比表面积大，一般具备极佳的隔热性能，且在高温下又能保持其网格结构的完整性，因此常用作隔热材料。近年来，气凝胶在极寒条件下的保温效果也吸引了大家的关注，在实际应用中，具有保温特性又能实现温度传感的气凝胶则有一定的市场需求，但常规的气凝胶材料本身无法实现，目前未有报道。

针对这一问题，我们期望通过采用温度敏感的发光材料制备气凝胶，同时实现隔热和温度传感的性质和应用。上转换纳米材料拥有较大的反斯托克斯位移、尖锐的指纹发射和高的光稳定性，因此备受关注。对于同一种上转换纳米材料，随着温度的变化，其发射光强度会产生变化，可以通过光谱仪或者肉眼分辨。因此将上转换纳米材料与气凝胶相结合，则可以赋予其保温又温度敏感的性能。

然而现有的上转换气凝胶复合材料通常是将上转换纳米材料掺入气凝胶骨架中。该材料存在一些缺点和难点，第一，常规的气凝胶制备多采用溶胶凝胶法，需要的超临界设备较贵，且凝胶过程较长(约1-2周)，成本较高；第二，常规的气凝胶材料，如氧化硅、量子点、石墨烯等，与上转化纳米材料复合时，将改变上转换纳米材料的微环境，从而影响其发光性质。因此，本发明中希望发展一种无杂质的纯上转换气凝胶材料，用作可检测温度的隔热材料。

发明内容

本发明的设计中，我们首先合成了制备上转换材料的前驱体，然后通过控制反应时间和温度合成了上转换纳米线，再通过冷冻干燥的方法制备气凝胶。该方法制备出的气凝胶为纯上转换气凝胶，可用于温度传感。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

产品为纯上转换纳米材料制备气凝胶，无杂质影响，因此发光性能优异；

制备过程简单快捷；

该产品在不同的温度下颜色产生变化，可由肉眼或光谱仪观测。

附图说明

附图是用来提供对发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为实施例1中K₂YF₅：Yb，Er(18∶2mo1％)纳米线的透射电子显微镜图。

图2为实施例1中K₂YF₅：Yb，Er(18∶2mol％)纳米线的X射线衍射图。

图3为实施例1中K₂YF₅：Yb，Er气凝胶的照片。

图4为实施例2中K₂YF₅：Yb，Er气凝胶在75至300K温度时的光谱图。

图5为实施例2中K₂YF₅：Yb，Er气凝胶在不同温度(T)下ln(I₅₂₅/I₅₄₅)与1/T的线性关系图。

图6为实施例2中K₂YF₅：Yb，Er气凝胶在不同温度(T)下ln(I₆₅₀/I₆₁₈)与T的线性关系图。