[发明专利]一种宽幅变温固态发光绝对量子产率测量方法

说明书

本发明提供了一种宽幅变温固态发光绝对量子产率测量方法，使用变温积分球光学耦合测试装置，包括:控温部件、积分球，光通过积分球上的光孔打在样品上，反射到积分球中进行漫反射后经过光纤导出；光纤，连接积分球和光谱仪，漫反射光通过变温光谱测定，得到固体样品在不同温度条件下的绝对量子产率；所述控温部件包括电制冷和电加热温度控制装置；所述固体样品位于所述控温部件中，光谱仪的设置参数为激发波长为300至380纳米，激发狭缝为5至20纳米，发射狭缝为5至20纳米。本发明提供的方法测定速度快，效率高，测量误差小，可得到固体在低温和变温条件下发光效率特征，同时拓展了变温绝对量子产率在发光，照明，显示和生物成像等领域的应用。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体来说，涉及一种宽幅变温固态发光绝对量子产率测量方法。

背景技术

近年来，随着半导体照明，发光，显示和生物成像等领域的蓬勃发展，高性能固态发光材料受到信息技术，新材料和新能源等高端技术领域的广泛关注。目前，从基础研究角度分析，固态发光材料的常规测试已经不能满足研究人员对材料性能评估的需求，例如在低温/变温，除氧测试条件下，可以出现一些特殊的物理和化学现象，同时在近红外区(800-1700纳米)的检测需求也比较大。另一方面，在工程技术应用领域(如照明，显示等)，发光材料的物理性质常受到外界操作条件(如温度)的影响，因此需要开发和建立新型测试手段以满足上述需求。

固态样品(如粉体和薄膜)的发光绝对量子产率测试是近年来发展较快的功能之一，也是衡量发光材料性能优劣的核心指标。发光量子产率(也称量子效率，PLQY)是指物质吸光后所发射光的光子数与所吸收的激发光光子数之比，表征物质发光能力的大小。目前，绝对量子效率的测试还仅限于常温条件，无法实现对特殊条件下的光学特性进行深入分析和研究，这与近年来发展起来的变温发射光谱测试以及变温发光寿命测试是不相符合的。大范围的变温和低温量子产率测量目前处于空白阶段，而这方面需求非常大，只要做变温光学测试，就会涉及到变温绝对发光量子产率的需要。

积分球是指内表面具有高反射性的空心球体，主要是对放于球内样品对光进行散射和反射作用，或是对光源本身发出的光进行收集的一种高效器件。光线通过在具有涂层的球内部均匀反射和漫射，并且在积分球内部进行积分后通过输出孔射出，是一种理想的漫射匀光器，可以通过在内部多次漫发射来消除光源自身而造成的出射光束不均匀或者带有偏振方向的问题，可精确测量材料的光学反射、透射、亮度、辐射度以及色度等性能，常用在LED,激光，节能灯，发光屏等的光色测试上。积分球良好的光学测试能力以及精确度高等优点使其在光学工程，化学以及材料科学中得到了广泛应用。近年来，利用积分球测试光学材料的紫外可见近红外漫反射光谱、荧光绝对量子产率等参数越来越广泛。同时，在低温和变温条件下的测试需求比较大。

目前广泛使用的是直接法测发光绝对量子产率，即利用积分球和光谱仪直接测量，这种方法可以实现常温绝对发光量子产率测试，而变温控制仍处于探索阶段。一般的想法是低温可以直接用液氮冷冻样品，变温时可以将变温装置放在积分球中，但是对于积分球而言，很难实现将变温装置放置在常规积分球中，一是体积较大，二是积分球不易密封，三是变温装置放在积分球中会严重影响光的散射；第二种方案是将样品仓加积分球直接进行变温控制，这种方式难度大，要将样品仓做到完全密闭，这种方法对目前的装置而言是不现实的。

然而，目前的漫反射光谱和绝对量子产率测试大部分仅限于常温，为了满足光谱信息技术测试发展需求，有必要实现变温积分球光学测试系统。尤其是大范围变温积分球装置至今却处于空白阶段。同时，低温和变温控制也不同，低温可以通过液氮冷冻样品来实现，而变温控制难点在于引进调控温度装置后，如何和积分球进一步有效结合成为设计难点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种宽幅变温固态发光绝对量子产率测量方法，技术方案如下：

一种宽幅变温固态发光绝对量子产率测量方法，其特征在于，