光致发光材料性能测量的方法
荧光材料光致发光量子效率绝对测量通用检测方法-最新国标
荧光材料光致发光量子效率绝对测量通用检测方法1 范围本文件规定了荧光材料光致发光内/外量子效率绝对测量的通用办法。
本文件适用于荧光光谱范围在紫外、可见与近红外波段（200nm~1100nm），激发光波长范围在紫外和可见波段（200nm~780nm）的固体和液体荧光材料。
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其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 5838.1—2015 荧光粉第1部分：术语3 术语和定义GB/T 5838.1-2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
内量子效率 internal quantum efficiency荧光材料受到激发时，向空间各方向发出的荧光总光子数与激发光被发光材料吸收总光子数的比值。
[来源：GB/T 39492-2020，3.2，有修改]外量子效率 external quantum efficiency荧光材料受到激发时，向空间各方向发出的荧光总光子数与激发光入射总光子数的比值。
[来源：GB/T 39492-2020，3.1，有修改]样品仓 cell待测样品，参比样品如硫酸钡等的填充用容器，或配有聚四氟乙烯壁套的薄无荧光比色皿。
适于在积分球体凹处或缺处放置，保存试样的平板型器皿，以及分光光度计用器皿的总称。
参比样 reference用于激发光的光谱测定的具有高反射率的白色标准粉末或无色溶剂，白色标准粉末通常选用硫酸钡或氧化铝粉体，对于溶液，选择无荧光的溶剂，该溶剂且适合荧光材料分散。
白色漫反射板 white reflecting plate用于激发光光谱测定，氧化铝，聚四氟乙烯标准白板等高反射率白板。
[来源：GB/T 39492-2020，3.5，有修改]自吸收 self-absorption样品发出的光有部分会被自身吸收。
瞬态光致发光光谱仪测试样品的载流子寿命
瞬态光致发光光谱仪测试样品的载流子寿命瞬态光致发光光谱仪被广泛应用于材料表征中，能够精确地测定材料中载流子寿命等参数。
本文将介绍瞬态光致发光光谱仪测试样品中载流子寿命的情况。
一、瞬态光致发光光谱仪的工作原理瞬态光致发光光谱仪是通过短脉冲激光器产生光子束照射在样品上，激发出载流子，然后用测量光束来测定样品中载流子的寿命。
光致发光光谱仪可以测试多种材料，包括半导体材料、薄膜、金属以及聚合物等。
二、载流子寿命的定义及其在材料中的重要性载流子寿命指的是材料中的自由载流子和空穴的寿命，是描述材料中一些物理性质的重要参数。
载流子寿命直接影响了半导体器件的工作效率和性能，能够预测材料的发光强度以及发光光谱的变化等。
三、如何使用瞬态光致发光光谱仪测试样品的载流子寿命使用瞬态光致发光光谱仪测试样品的载流子寿命需要以下步骤：1. 准备样品并制备样品成薄膜状。
2. 将瞬态光致发光光谱仪调整至合适的参数，包括激光器功率、脉冲宽度以及采集时间等。
3. 将样品放置在样品台上，并通过光束聚焦在样品表面上。
4. 用激光器射入高能量光子束以激发样品中的载流子。
5. 用测量光束记录载流子的发射光谱，并使用算法对载流子寿命进行计算。
四、使用瞬态光致发光光谱仪测试样品的优点1. 瞬态光致发光光谱仪能够非常精确地测定载流子寿命，能够提供非常准确的数据。
2. 瞬态光致发光光谱仪是非接触式测试方法，不会对样品产生任何损伤。
3. 瞬态光致发光光谱仪测试速度快，可以实现高通量测试。
总之，瞬态光致发光光谱仪是一种非常有用的测试工具，能够非常准确地测定载流子寿命等参数。
通过合理的使用和分析，能够为材料科学领域的研究带来更多的进展。
光致发光(PL)光谱
SUCCESS
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2019/4/27
中心位于1.1eV的发光峰带。
图4 高质量CZT晶体PL谱的近带边区
该PL谱的主峰为中性施主的束缚激子峰（D0, X）。 而CdTe和Cd0.96Zn0.04Te在该区域内的主发光峰则通常为 受主－束缚激子峰（A0,X）。在Cd0.9Zn0.1Te晶体的近带 边 区 的 PL 谱 除 此 之 外 ， 还 可 以 看 到 基 态 自 由 激 子 峰 （X1）、上偏振带峰（Xup）以及第一激发态自由激子峰 （X2）。对于质量较差的CZT晶体，无法看到其自由激 子峰（X1）和一次激发态自由激子峰（X2）。低温PL谱 可以用来比较全面的评价CZT晶体的质量，并由此来推 断晶体的探测性能。
测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛 刻的要求。
对于深陷阱一类不发光的中心，发光方法 显然是无能为力的。
四、光致发光分析方法的应用
1、组分测定 例如，GaAs1-xPx是由直接带隙的GaAs和间接带
隙的GaP组成的混晶，它的带隙随x值而变化。发光 的峰值波长取决于禁带宽度，禁带宽度和x值有关。 因此，从发光峰峰值波长可以测定组分百分比x值。
光致发光（PL）光谱
一、光致发光基本原理
1. 定义：所谓光致发(Photoluminescence)指的是以光 作为激励手段，激发材料中的电子从而实现发 光的过程。它是光生额外载流子对的复合过程 中伴随发生的现象
2. 基本原理：由于半导体材料对能量高于其吸收限的光 子有很强的吸收，吸收系数通常超过104cm-1，因此在 材料表面约1μm厚的表层内，由本征吸收产生了大量的 额外电子-空穴对，使样品处于非平衡态。这些额外载 流子对一边向体内扩散，一边通过各种可能的复合机构 复合。其中，有的复合过程只发射声子，有的复合过程 只发射光子或既发射光子也发射声子
光致发光材料的制备及性能研究
光致发光材料的制备及性能研究近年来，光致发光材料因其在光电器件和生物医学领域的广泛应用而受到了广泛关注。
本文将探讨光致发光材料的制备方法和性能研究。
一、光致发光材料的制备方法1. 化学合成法化学合成法是一种常用的光致发光材料制备方法。
通过控制反应条件和材料组分，可以合成出具有特定发光性能的材料。
例如，利用溶液法将银钙石和掺有特定离子的草酸盐溶液反应，得到发光性能优异的银钙石材料。
2. 模板法模板法是制备光致发光材料的另一种常用方法。
通过选择合适的模板，可以控制材料的形貌和结构，从而调控其光学性能。
例如，利用硅胶模板可以制备出具有纳米孔结构的光致发光材料，这种结构能够有效提高材料的发光效率。
3. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种低温制备光致发光材料的方法。
通过溶胶和凝胶的相互转化，可以在低温下制备出高质量的光致发光材料。
例如，通过溶胶凝胶法可以制备出具有优异光学性能的铝掺杂锗酸盐玻璃材料。
二、光致发光材料的性能研究1. 发光强度与激发波长的关系光致发光材料的发光强度与激发波长之间存在一定的关联。
通过研究材料的发光强度随激发波长的变化，可以了解材料的发光机理和光学特性。
例如，研究发现，某些特定的光致发光材料在短波紫外光激发下可以产生较强的发光，这使得它们在紫外线检测和生物成像方面具有潜在应用价值。
2. 时间解析发光时间解析发光是一种用于研究光致发光材料的动力学性质的方法。
通过测量材料发光的脉冲宽度和发光衰减速度，可以了解材料的激发态寿命和能量传递过程。
例如，时间解析发光研究表明，某种光致发光材料在激发后具有长寿命的激发态，并且能够将激发能量有效转移给周围分子，从而实现能量传递和发光增强。
3. 光电性能研究光致发光材料的光电性能对于其应用具有重要意义。
通过研究材料的光电转化效率、电子传输性质和载流子输运行为，可以评估材料的光电性能，为其在光电器件中的应用提供指导。
例如，研究表明某种光致发光材料具有优异的载流子输运性质和光电转化效率，因此在太阳能电池和光电探测器等领域有着广阔的应用前景。
有机发光二极管显示器用材料光致发光光谱测试 荧光光谱法-2023标准
有机发光二极管显示器用材料光致发光光谱测试荧光光谱法1.范围本文件规定了采用荧光光谱法（FS）测定有机发光二极管（OLED）显示器用有机材料的光致发光光谱的测试方法。
本文件适用于测定有机发光二极管（OLED）显示器用有机材料的光致发光光谱的测试。
2.规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 20871.2-2007 有机发光二极管显示器第2部分：术语与文字符号GB/T 19267.3-2008 刑事技术微量物证的理化检验第3部分：分子荧光光谱法JJG 537-2006 荧光分光光度计检定规程3.术语和定义GB/T 20871.2-2007和GB/T 19267.3-2008界定的以及下列术语、定义适用于本文件。
3.1.最强激发波长 max excitation wavelength激发样品使其产生最强荧光的入射光波长，用λex,max 表示。
3.2.室温发射波长 room temperature emission wavelength室温（298K）条件下物质所发射的荧光强度最大的波长，用λem,max表示。
3.3.低温发射波长 low temperature emission wavelength低温（77 K）条件下物质所发射的荧光强度最大的波长，用λem,max表示3.4.荧光光谱法 fluorescence spectrometry根据获得的荧光激发光谱、发射光谱等参数对物质进行定性、定量和结构分析的方法。
3.5.第一电子激发单重态 first singlet excited state；S1电子在跃迁过程中不发生自旋方向的变化，这时分子中具有两个自旋配对的电子，分子处于激发的单重态，用 S1表示，见图1。
3.6.第一电子激发三重态first triplet excited state；T1电子在跃迁过程中伴随着自旋方向的变化，这时分子中具有两个自旋不配对的电子，分子处于激发的三重态，用 T1表示，见图1。
物理实验技术中的光电材料性能测量与控制方法
物理实验技术中的光电材料性能测量与控制方法光电材料作为一类重要的材料，具有光电转换、光控制、光存储等特性，在光电领域具有广泛的应用前景。
为了对光电材料的性能进行准确的测量与控制，物理实验技术发挥着重要作用。
本文将从光电材料性能测量和光电材料性能控制两方面进行论述。
一、光电材料性能测量光电材料的性能测量对于研究和开发光电器件具有重要意义。
在光电材料的性能测量过程中，常用的方法有以下几种。
1.1 光电流测量法光电流测量法是通过测量光照条件下材料的光电流来获得光电材料的性能信息。
光电流是光电材料被光激发时，产生的电流信号。
通过测量光电材料在不同光照条件下的光电流，可以得到材料的光电转换效率、响应速度等性能参数。
1.2 光电导测量法光电导测量法是利用光导电材料的性质，通过测量材料在光照条件下的电导率来评估材料的性能。
光电导测量法可以提供光电材料的光电导率和载流子迁移率等关键性能参数。
同时，光电导测量法还可以用来研究光电材料的表面态密度、载流子浓度等表征光电材料质量的参数。
1.3 光致发光测量法光致发光测量法通过照射光电材料，测量材料发射的光信号，从而获得材料的光致发光性能。
光致发光测量法可以研究光电材料的发光机理、荧光寿命等性能参数。
通过光致发光测量，可以确定最佳的光激发条件，提高光电器件的效率。
二、光电材料性能控制方法光电材料性能的控制对于实现光电器件的优化设计具有重要意义。
以下是一些常见的光电材料性能控制方法。
2.1 光敏增强剂添加光敏增强剂的添加对于提高光电材料的光电转换效率具有重要作用。
光敏增强剂可以提高光电材料的光吸收特性，增强电子与光子之间的相互作用。
例如，在太阳能电池中，添加合适的光敏增强剂可以提高材料的光电转换效率。
2.2 光学微结构设计光学微结构设计是一种通过调整光电材料的微观结构，实现对光电性能的控制的方法。
通过调整光学微结构参数，如表面形貌、纹理结构等，可以实现对材料的光吸收和光散射特性的优化。
光致发光谱的测试步骤
光致发光谱的测试步骤光致发光谱（photoluminescence spectrum）是一种通过激发样品使其发光，然后测量发出的光的特性来研究材料性质的测试方法。
以下是光致发光谱测试的一般步骤：1.准备工作在进行光致发光谱测试之前，需要准备好测试所需的器材和试验材料。
同时，还需进行实验室的安全检查，确保实验室环境的安全性。
2.准备样品将待测试的样品准备好，通常可以是固体、液体或气体。
固体样品需要制备成适合测试的样品片，确保其表面光滑且杂质少；对于液体样品，需要放置在试管或石英池中；气体样品需要通过一定的装置将其引入到测试系统中。
3.激发光源的选择根据样品的性质和要研究的特定光学过程，选择适当的激发光源。
通常使用可以提供足够激发能量的激光器或光电灯作为激发光源。
4.设置实验装置将激发光源和探测系统等设备正确装置在实验台上。
激发光源通过光学透镜或反射镜对样品进行照射，然后通过光栅或单色器选择出特定波长的发射光。
5.调节能量和波长确保激发光源的能量和波长符合实验要求。
激光器或光电灯的能量应调整到适当的水平，以确保样品受到足够的激发能量，但又不会造成样品过度激发导致样品损伤。
6.收集发射光使用光学透镜或反射镜收集样品发出的光，并将其引导至光学探测器（如光电multiplier tube，charge-coupled device detector 等）进行检测和测量。
7.记录数据将光学探测器检测到的光的强度数据记录下来。
通常，可以通过计算机软件进行实时数据采集和分析，以获得更精确的结果。
8.分析光致发光谱根据实验数据，对光致发光谱进行分析。
可以通过调整激发光源的能量和波长来观察样品发出的光的特性，如峰值波长、峰值强度、发射谱的形状等。
同时，还可以通过与已知材料的发射谱进行对比来确定样品的组成或性质。
9.数据处理和结果分析对实验得到的数据进行处理和分析。
使用适当的数据处理方法和数学模型，可以从光致发光谱中提取出更多信息，如能带结构、载流子浓度、载流子寿命等。
光致发光检测应用
光致发光检测应用一、引言光致发光（Photoluminescence）是一种物理现象，指物质在吸收光能后，内部电子被激发至高能态，随后返回低能态时释放出的光子。
光致发光检测技术利用这一现象，通过测量发光的光子数量、波长、强度等参数，实现对物质成分、结构和性能的快速、无损检测。
随着科技的发展，光致发光检测技术在多个领域得到了广泛应用。
二、光致发光检测的原理光致发光过程可以大致分为三个阶段：激发、发光和衰退。
在激发阶段，特定波长的光子将电子从基态激发至激发态。
在发光阶段，被激发的电子通过辐射跃迁的方式返回基态，同时释放出光子。
在衰退阶段，电子通过非辐射跃迁的方式返回基态，这一过程中可能伴随着能量的耗散。
三、光致发光检测技术的应用1.化学和生物传感：光致发光检测技术可以用于检测气体、液体和固体中的化学物质和生物分子。
通过特定的荧光探针或量子点等发光材料，能够实现对特定物质的灵敏和特异性检测。
2.环境监测：在环境保护领域，光致发光检测技术可用于监测水体、土壤和空气中的污染物。
通过测量发光光谱和强度，可以快速确定污染物的种类和浓度。
3.医学诊断：在医学领域，荧光成像和荧光探针等技术广泛应用于细胞成像、药物筛选和肿瘤诊断等方面。
例如，荧光共振能量转移（FRET）技术可以用于研究生物大分子间的相互作用。
4.科研与教育：在科研与教育领域，光致发光检测技术常用于材料科学、化学和物理学等领域的研究。
例如，利用光致发光光谱研究材料的能级结构和光学性质。
5.农业与食品检测：在农业和食品工业中，光致发光检测技术可用于检测农药残留、食品添加剂和营养成分等。
通过荧光光谱分析，可以快速、准确地确定食品的质量和安全性。
6.工业生产控制：在工业生产中，光致发光检测技术可用于产品质量控制和生产过程监控。
例如，利用荧光光谱分析监控化学反应进程和产品质量。
7.安全检查与反恐：在安全检查与反恐领域，光致发光检测技术可用于探测有毒有害物质、爆炸物和毒品等。
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光致发光材料的常见应用
荧光灯 LED 激光 夜明设施 生物荧光标记 太阳能电池
荧光灯（日光灯、节能灯）
荧光灯（fluorescent lamp）是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体 放电灯，在低压汞蒸气放电过程中会产生大量的波长为253.7mm的紫 外线，以及少量波长为185nm的紫外线和可见光。在灯管表面涂有荧 光粉，可以将波长为253.7nm的紫外线转化为可见光。 荧光灯按外形结构可以分为两大类：直管型荧光灯和异型荧光灯。按 所涂荧光粉的不同又有日光色、冷色和暖色荧光灯之分。
固体激光器
激光器是受激发射光放大器。激光器发射的光就是 激光。 激光束可用于加工高熔点材料，也可用于医疗、精 密计量、测距、全息检测、农作物育种、同位素 分离、催化、信息处理、引发核聚变、大气污染 监测以及基本科学研究各方面，有力地促进了物 理、化学、生物、信息等诸多学科的发展。激光 器按其工作物质可以还分为固体激光器、气体激 光器和液体染料激光器。可见，激光工作物质对 激光器的发展起着决定性的作用。而固体激光晶 体的研究和发展是固体化学的一个重要领域。
能量传递
非辐射能量散射 hν 敏活过程 hν ’ 发光过程
敏活剂基态
激活剂基态
图3
应用之四：解释“毒物”作用
某些杂质对发光材料有“毒物”作用，激发光因材料含有 毒物而淬灭。毒物效应往往是以非辐射能传递方式起作用 的：能量或从敏活剂或激活剂传递到毒物上，而后者将能 量以振动能散射到基质晶格中，以致活性中心不能发光。 具有非辐射跃迁的离子有 Fe3+ 、Co2+、Ni2+ 等，因而在制备 磷光材料中应当杜绝这些杂质的一:解释斯托克位移
图2给出了基态和激发态的位形示意 图，由此可以解释发光的许多特性。 激活过程包括电子从基态能级A跃迁 到激发态的较高能级B产生一个活性 中心。依照弗兰克-康登原理，这个 过程体系能量从A垂直上升到B，而 离子的位形基本不变。但在激发态， 由于离子松弛（即位形改变），电 子以热能形式散射一部分能量返到 新激发态能级C形成新的活性中心。 那么，发光过程就是电子从活化中 心C回到原来基态A或D。显然，激活 过程能量Δ EAB>Δ ECA或Δ ECD。这就 解释了斯托克位移。 图2 发光中心基态和激发态的势能图
光致发光材料的原理 和性能表征
专业：微电子与固体电子学
发光的相关概念 光致发光原理
光致发光材料的常见应用
光致发光材料主要特性测量
发光的相关概念
发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外 的光辐射形式发射出多余的能量的过程。 光致发光(Photoluminescence)是用光激发发光材料引起的 发光现象。 固体吸收外界能量后很多情形是转变为热，并非在任何情况 下都能发光，只有当固体中存在发光中心时才能有效地 发光。发光中心通常是由杂质离子或晶格缺陷构成。发 光中心吸收外界能量后从基态激发到激发态，当从激发 态回到基态时就以发光形式释放出能量。
LED
白光LED的制作方案
红、绿、蓝三色LED
实现白光LED生产成本最高，由于三种颜色 的LED 量子效率不同，而且随着温度和驱 动电流的变化不一致，随时间的衰减速度也 各不相同，红、绿、蓝LED 的衰减速率依 次上升。因此，为了保持颜色的稳定，需要 对三种颜色分别加反馈电路进行补偿，导致 电路复杂，而且会造成效率损失。
图2 发光中心基态和激 发态的势能图
应用之三：解释非辐射跃迁
另外，在吸收了光以后，离子晶格有一定 弛豫，故平衡位置re只有统计平均的意义， 实际上是一个极小的区间，因此吸收光谱 PE 就包括许多频率（或波长）而形成宽带。 这就是固体中离子光谱呈带状的原因。 在上述热淬灭现象的那种情况中，激发离 子通过把振动能传递给环境——基质晶格， 而失掉了其剩余的能量，返回到较低的能 级上。这种跃迁过程不发射电磁波，即光， 因而称为非辐 射 跃 迁 （ n o n r e d i a t i v e transition）. 类似这种非辐射跃迁，在敏活磷光体的机 制中还包括一类非辐射能量传递 （nonrediative energy transition）。 图3说明这种情况。
光致发光材料性能测量方法
所谓位形坐标图，就是用纵坐标表示晶 体中发光中心的势能，其中包括电子和离子的 势能以及相互作用在内的整个体系的能量；横 坐标则表示中心离子和周围离子的位形 （Configration），其中包括离子之间相对位 置等因素在内的一个笼统的位置概念。一般的 也可代用粒子间核间距作横坐标。图1 是发光 中心基态的位形坐标示意图。图中连续的曲线 表示势能作为发光中心离子核间距函数的定量 变化关系，它在平衡距离re处有一个极小值， 水平线ν 0、ν 1、ν 2……表示粒子在基态具有 的不同量子振动态。
光致发光原理：位形坐标模
晶体中的离子其吸收光谱与发射光谱与自由离子不同。自由 离子的吸收光谱与发射光谱的能量相同，并且都是窄带谱或锐线 谱（0.01cm-1）。而晶体中离子的发射光谱的能量均低于吸收光谱 的能量，并且是宽带谱。这是由于晶格振动对离子的影响所致。 与发光中心相联系的电子跃迁可以和基质晶体中的原子（离子） 交换能量，发光中心离子与周围晶格离子之间的相对位置、振动 频率以及中心离子的能级受到晶体势场影响等。因此，应当把激 活剂离子及其周围晶格离子看作一个整体来考虑。相对来说，由 于原子质量比电子大得多，运动也慢得多，故在电子跃迁中，可 以认为晶体中原子间的相对位置和运动速率是恒定不变的。这样， 就可以采用一种所谓的位形坐标来讨论发光中心的吸收和发射过 程。
应用之二:解释发光“热淬灭”效应
任何发光材料，当温度升高到一定温度时，发光 强度会显著降低。这就是所谓的发光“热淬灭” 效应（Thermal quenching effect）。利用图2 可以解释这一现象。在图2中，基态和激发态的 势能曲线交叉于E点。在该点，激发态的离子在 能量不改变的情况下就可以回到基态（E也是基 态势能曲线上的一点），然后再通过一系列的改 变振动回到基态的低能级上去。因此，E点代表 一个“溢出点”（Spillorer Point）。如果处 于激发态的离子能获得足够的振动能而达到E点， 它就溢出了基态的振动能级。如果这样，全部能 量就都以振动能的形式释放出来，因而没有发光 产生。显然，E点的能量是临界的。一般说来， 温度升高，离子热能增大，依次进入较高振动能 级，就可能达到E点。