10 第9讲 材料光电性能测试技术
光电材料的光电性能测试
光电材料的光电性能测试哎呀，说起光电材料的光电性能测试，这可真是个有意思的事儿！先给您讲讲啥是光电材料哈。
就好比我们生活中的太阳能电池板，那里面用到的材料就是光电材料。
这些材料有个神奇的本领，能把光变成电，或者反过来，用电来产生光。
那为啥要测试它们的光电性能呢？这就好比您买水果要挑甜的，买衣服要选合身的。
测试光电性能，就是要看看这些材料好不好使，能不能高效地完成光电转换。
比如说，有一次我在实验室里，和小伙伴们一起对一种新型的光电材料进行测试。
那场面，各种仪器设备摆了一桌子，大家都紧张又期待。
我们先测的是材料的光吸收性能。
这就像是看材料对光有多“馋”，能不能把光都“吃”进去。
我们用了一台特别厉害的分光光度计，把材料放进去，然后就等着看结果。
那仪器上显示的曲线，就像是材料的“胃口”图，告诉我们它在不同波长的光下表现咋样。
接着是测电性能。
这可有点复杂啦，要给材料加上电场，然后看电流、电压的变化。
我们小心翼翼地连接线路，就怕出一点差错。
有个小伙伴因为太紧张，手一抖，差点把一个电极弄掉了，吓得大家出了一身冷汗。
还有一个重要的测试是稳定性测试。
总不能材料今天好用，明天就罢工了吧。
所以我们就让材料持续工作一段时间，看看它的性能会不会下降。
这个过程就像考验一个运动员能不能坚持跑完马拉松，可累人啦。
测试过程中，数据的记录也特别重要。
一点都不能马虎，一个小数点错了，可能整个结果就都不对了。
我们每个人都瞪大眼睛，仔细核对每一个数字。
经过一番折腾，终于得到了测试结果。
有的材料表现出色，大家欢呼雀跃；有的不太理想，我们就一起分析问题出在哪儿。
总之啊，光电材料的光电性能测试可不是一件轻松的活儿，需要耐心、细心，还得有点创新精神。
不过每次看到有好的结果，那种成就感，真是没法形容！就像努力种了好久的花终于开了，美极啦！希望您也能感受到这其中的乐趣和挑战哟！。
光电材料性能测试实验技术的使用教程
光电材料性能测试实验技术的使用教程在现代科技发展的浪潮下，光电材料的应用越发广泛。
光电材料的性能测试是评估材料品质和研发新材料的重要环节。
测试技术的准确性和可靠性对于材料研究和应用有着关键性的影响。
本文将介绍光电材料性能测试实验技术的使用教程，帮助读者掌握相关技能。
一、背景介绍光电材料是指在光学和电子学领域中所应用的材料，具有光学和电学性质的特点。
光电材料的性能测试是通过实验手段来了解和评价材料的光学和电学性质，包括光学透明性、折射率、发光效率、导电性等指标。
通过测试得到的数据，可以为材料研究和应用提供有力的依据。
二、测试设备介绍在进行光电材料性能测试实验之前，我们需要一些基本的测试设备，以确保测试的准确性和可靠性。
1. 光源和光谱分析仪：光源用来提供光线，而光谱分析仪则用来测量光的波长和强度等参数。
2. 光学显微镜：用于观察材料的表面形貌和结构。
3. 导电性测试仪器：用于测量材料的电阻率和电导率等电学性能。
4. 光学透明度测试仪器：用于测量材料的透明度和穿透率。
三、测试步骤在进行光电材料性能测试实验时，我们需要按照以下步骤进行：1. 样品制备：根据实际需求，将待测试的光电材料进行制备和加工，以获得符合测试要求的样品。
2. 光源校准：在实验之前，需要先对光源进行校准，确保其输出的光线具有稳定的光谱分布和强度。
3. 光学性能测试：将样品放置在光学显微镜下，观察材料的表面形貌和结构。
同时，使用光谱分析仪测量材料的光谱特性，包括透过率、反射率、折射率等参数。
4. 电学性能测试：使用导电性测试仪器，测量材料的电导率和电阻率等参数。
根据测试结果，可以评估材料的导电性能和电子传输特性。
5. 综合分析与结果处理：根据所得数据，进行综合分析和结果处理，评估光电材料的性能优劣，并进一步优化材料设计和制备工艺。
四、注意事项在进行光电材料性能测试实验时，我们需要注意以下几点：1. 实验环境的控制：保持实验室的温湿度稳定，并避免强光、尘埃等对实验结果的干扰。
物理实验技术中的电光性能测量方法与技巧
物理实验技术中的电光性能测量方法与技巧在现代科技发展的背景下，电光材料在许多领域中都起着重要的作用。
为了深入了解电光性能，科学家们开展了一系列的实验研究。
本文将重点介绍物理实验技术中的电光性能测量方法与技巧。
一、电光性能的基本概念电光性能是指材料在电场的作用下发生光学响应的特性。
其中包括电光效应和光电效应等。
电光效应是指材料在电场作用下产生光学效应，如电光调制效应和电光隔离效应；光电效应是指材料在光照射下产生电学效应，如光电导效应和光电流效应。
为了准确测量材料的电光性能，需要合理选择适当的实验方法。
二、电光性能测量方法1. 电光调制方法电光调制方法是一种常用的测量电光性能的方法。
它通过改变施加在样品上的电场强度，观察样品的光学响应情况。
常用的电光调制方法有调制光强法和调制光相位法。
在调制光强法中，使用可调制强度的激光束照射到样品上，通过测量样品传输的光强度随电场强度变化的情况来获得电光系数等参数。
而在调制光相位法中，通过测量样品产生的光的相位变化来研究电光性能。
这两种方法的选择要根据具体的实验需求和样品特性来确定。
2. 光电特性测量方法光电特性测量方法是研究材料光电效应的常用手段之一。
其中包括光电导法、光电流法和光致发光法等。
在光电导法中，将光照射到样品上，测量样品的电流随光强度变化的情况，从而获得材料的光电导率等参数。
而光电流法则是通过测量样品的光电流来研究光电效应。
光致发光法则是研究材料在光照射下产生的发光特性，通过测量样品的发光强度来获取材料的光致发光效应。
三、电光性能测量技巧1. 实验设置和样品制备在进行电光性能测量时，合理的实验设置是确保实验结果可靠的关键。
首先应该确保实验环境的稳定，避免外界光、电场等干扰因素的影响。
其次，样品的制备也要注意。
要求样品制备的均匀性和有代表性，确保实验结果的可重复性。
2. 测量仪器的校准和选择选择合适的测量仪器对于获得准确的测量结果至关重要。
在进行实验前，要对测量仪器进行校准，确保其准确性和灵敏度。
光电材料的制备与性能测试
光电材料的制备与性能测试光电材料是一种非常重要的材料，它可以用于制造各种光电器件，如LED、太阳能电池等。
为了制造出性能优良的光电器件，首先需要进行光电材料的制备，然后进行性能测试。
本文将介绍光电材料的制备与性能测试的相关知识。
一、光电材料的制备光电材料的制备是非常重要的，它关系到最终制成器件的性能。
在光电材料的制备过程中，需要考虑以下几个因素：1. 材料的选择：在制备光电材料时，首先要选择合适的材料。
目前常用的光电材料有氧化铟锡(I和III族半导体复合氧化物)、氧化铝镓锗、氧化钼铜等。
2. 制备方法的选择：根据所需光电材料的性质和应用情况，选择适当的制备方法。
常用的制备方法有水热法、溶胶凝胶法、物理气相沉积法等。
3. 工艺参数的优化：在制备过程中，需要对各个工艺参数进行优化。
如溶液中各种离子的浓度比例、反应温度和时间、PH值等。
二、光电材料的性能测试完成光电材料制备后，需要进行性能测试，以验证所制备光电材料的性能是否符合要求。
光电性能测试的主要内容包括：1. 单晶结构表征：单晶结构表征包括X射线粉晶衍射分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析方法，通过这些方法可以分析光电材料的单晶结构、晶格常数和晶体缺陷等信息。
2. 光电性能测试：光电性能测试是对光电材料最重要的测试之一。
光电性能测试涉及光谱、电学、光致发光等多个方面。
其中光谱测试包括吸收光谱、傅立叶变换红外光谱、拉曼光谱等；电学测试包括导电性、电荷传输性能等；光致发光测试包括激子、激子复合产生光致发光的特性等多个方面。
3. 功能测试：功能测试主要是测试光电材料的特殊功能，例如可见光催化、气敏等。
光电材料在不同应用场合下可能具有不同的功能表现，需要分别进行测试。
总结：光电材料的制备与性能测试是一个复杂的过程，需要对制备方法和测试方法有深入的了解。
通过光电材料的制备与性能测试可以为日后开发出更加高性能的光电器件提供有力的科学依据。
光电检测技术概论资料PPT课件
尘土），成本高些。
四. 光电检测技术的应用
工业生产 航空航天 民用生活 军事作战
绪论
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…. 现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%
在线 测量
在流水线上，边加工，边检 验，可提高产品的一致性和加工 精度。
从亮处突然进入暗处时，最初看不清楚任何物 体，经过一定时间后，视觉敏感度才逐渐增强。
从暗处突然进入亮处时，最初只感到耀眼的光 亮，看不清物体，一段时间后才能恢复视觉。
３.人的视觉有很高的分辨能力
４. 人的视觉具有很高的辨色能力
视网膜三种视锥细胞：
三原色学说：某一波长光线作用于视网膜 时，三种视锥细胞兴奋程度不同，信息传入 中枢，产生某一颜色的视觉
由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息， 再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后 显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量
光
光变
电
源
学 系 统
测 对 象
学 变 换
电换 传电 感路
信 号 处 理
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 手控
航空航天
民用生活
安全检查
面部 识别技术
军用作战
激光测距机、激光雷达、激光导引头、激 光陀螺、热成像系统、微光夜视仪、观瞄 系统、卫星观测系统……
单兵作战武器
夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系 统
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。
《光电检测技术》课件
生物医学
光电检测技术在生物医学领域的 应用包括光谱分析、荧光成像、 激光共聚焦显微镜等，有助于疾 病的诊断和治疗。
工业生产
光电检测技术在工业生产中的应 用包括产品质量检测、生产线自 动化控制等，可以提高生产效率 和产品质量。
光电检测技术的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，光电检测技术 将逐渐实现智能化，能够自动识别和分类
目标，提高检测精度和效率。
微型化
随着微纳加工技术的发展，光电检测器件 将逐渐微型化，能够应用于更广泛的领域
，如生物医疗、环境监测等。
高光谱成像
高光谱成像技术能够获取目标的多光谱信 息，有助于更准确地分析物质成分和状态 ，是光电检测技术的重要发展方向。
多模态融合
将多种光电检测技术进行融合，实现多模 态信息获取和分析，能够提高检测的准确 性和可靠性。
利用光电检测技术快速读取条形码的设备
详细描述
光电式条形码阅读器通过发射光源和接收装置，快速扫描条形码并将光信号转 换成电信号，实现快速、准确地读取条形码信息。广泛应用于超市、图书馆、 物流等领域，提高信息录入效率和准确性。
光电式指纹识别系统
总结词
利用光电检测技术进行指纹识别的系统
详细描述
光电式指纹识别系统通过发射光源和图像传感器，获取指纹的反射光信号，再转换成电信号进行处理。系统能够 实现高精度、高速度的指纹识别，广泛应用于身份认证、门禁控制等领域，提高安全到探测器表面时，光子与材料中的电子相 互作用，使电子从束缚状态跃迁到导带，形成光生电压或电流，从而实现对光 信号的探测。
03
常见的光伏探测器有硅、锗等。
光子探测器
光子探测器是利用光子效应制成的探测器，主要应用于紫外、可见和近红外波段的探测。
光电材料的制备及性能测试
光电材料的制备及性能测试随着科学技术的发展，光电材料的应用范围日益扩大，涉及到了光电子、光伏、电子、通信等众多领域。
而这些应用的前提是需要寻找并制备出符合要求的光电材料，并测试其性能。
本文介绍了光电材料的制备方法和性能测试技术。
一、光电材料的制备1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法又称为凝胶制备法，是指将金属有机化合物或无机盐与有机物混合，利用酸碱或热处理使其成为胶状物，然后通过焙烧、热处理等方式制备出光电材料。
该方法能够制备出具有高纯度、均匀颗粒大小、分散性好的光电材料。
2. 气相沉积法气相沉积法是指将氧化物或者金属盐溶液喷入高温氢气中，反应生成成纳米颗粒材料。
该方法制备出的光电材料具有颗粒细、晶粒尺寸小、表面纯洁等优点，但较难控制颗粒大小及形状。
3. 水热法水热法是指将有机物或无机盐溶解在水中，在高温高压条件下，在一定的时间内晶化沉淀成固态颗粒材料。
该方法的优点是制备工艺简单，可获得成分细、晶粒小、分散性良好的光电材料。
4. 水溶液合成法水溶液合成法是指在水中溶解金属阳离子，通过调整pH值、温度、沉淀剂等，使其形成沉淀和晶体，最终得到光电材料。
该方法的优点是适用于溶胶-凝胶法无法应用的材料，制备出的材料分散性好、粒径均匀、分子量分布窄。
二、光电材料的性能测试1. 傅里叶变换红外光谱分析傅里叶变换红外光谱分析是利用物质吸收红外辐射的原理，对光电材料进行分析。
通过该技术，可以分析材料的物质结构、材料的纯度、洁净度等信息。
该技术广泛应用于光电材料的表征、污染物检测等领域。
2. 扫描电子显微镜表征扫描电子显微镜是指利用电子束扫描样品表面，通过探测信号的变化，再经过放大、成像、分析等步骤，对样品表面形态、结构等进行分析。
该技术被广泛应用于光电材料表征、性能测试等领域。
3. 热分析技术热分析技术是指利用加热或冷却等方式，对光电材料的热学性质进行表征。
该技术通过测试材料的热重、热容、热导率等指标，评估其热性能。
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思考题
1，如果有一瓶色素分子稀溶液，知道分子结构，但不清楚浓度，可以采 用什么方法测量浓度？说明方法与步骤。 2，对于一块半导体薄膜样品，如何测量其电阻率、载流子类型与浓度、迁移率？ 3，荧光分光光度计与紫外-可见光分光光度计的仪器结构有哪些异同点？荧 光光谱测量中，如果激发光波长改变，荧光光谱的波长分布有没有变化？为 什么？
及其强度进行物质鉴定和含量测定的仪器方 法。
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三、 荧光分光光度计
荧光分子的两个特征光谱：激发 光谱和发射光谱（荧光光谱）。 (1) 激发光谱 表示不同激发波长下引起物质发 射某一波长荧光的相对效率。 激发光谱绘制：固定发射波长， 然后以不同波长入射光激发荧光， 以荧光强度F对激发波长l作图， 即为激发光谱。 (2) 最大激发波长 lex 激发光谱曲线最高处，处于激发 态的分子最多，荧光强度最大
2
二、 UV-Vis分光光度计 2.5 摩尔吸收系数
摩尔吸收系数： 描述材料对不同波长光波的吸收能力
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二、 UV-Vis分光光度计 2.5 摩尔吸收系数
朗伯-比尔定律：
I0 1 Abs lg lg bc I T
摩尔吸收系数
( L mol cm )
四、 四探针测试仪
I
L
4.1 方阻
d
Rs
l Rs l d d Rs d
Rs (ohm), (ohm / sq)
(ohm cm)
d (cm)
已知厚度，可以测量电阻率
四、 四探针测试仪
4.2 测试原理
(a) １、２、３、４四根 金属探针排成一直线时， 并以一定压力压在半导体 材料上; (b) 在１、４两处探针间 通过电流I; (c) ２、３探针间产生电位 差V。
2、根据霍耳系数的测定载流子的浓度。 3、根据半导体电导率公式，结合四探针电阻 率的测量结果，可以确定半导体迁移率
nq
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五、 霍尔效应测试仪
5.2 仪器结构
电阻率、载流子类 型、载流子浓度， 迁移率等电学性能
1 IB UH nq b
六、参考文献与课后思考题
参考资料
1 1
溶液厚度
溶液浓度
b(cm)
c(mol L )
1
二、 UV-Vis分光光度计 2.5 摩尔吸收系数
N3染料吸收光谱 （浓度梯度）
N3染料在不同波长处的 Abs随浓度的变化曲线
测试：DSSCs-染料载负量
二、 UV-Vis分光光度计 2.5 摩尔吸收系数
染料敏化太阳能电池
11.18%
[1] Dong B.-Z. et al, Journal of Applied Physics 101,033713 (2007) [2] 杨兵初*, 熊 健, 周聪华,左舜贵,梁丽杰,稀土Nd 3+掺杂BaTiO3纳米粉体的 微结构与光致发光性能研究，湘潭大学自然科学学报 32 (2010) 28-31
满足上述条件即为荧光。因此荧光范围比较宽，从X 射线到红外光谱区。
其他的能量如（化学反应、加热、生物代谢等）也会 有荧光。生活中很多现象都与荧光相关。如：钞票防 伪，日光灯管，萤火虫发光。
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三、 荧光分光光度计
内转换 S
2
3.2 原理
振动弛豫 内转换 系间跨 越 T1 T2
荧 光 产 生 原 理 示 意 图
四探针法测量原理图
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四、 四探针测试仪
4.2 测试原理
材料电阻率
探针系数
20π C 1 1 1 1 (2) S1 S 2 S1 S 2 S 2 S 3
V C I
(1)
式中：S1、S2、S3分别为探针１与２，２与３，３与４之 间距，用cm为单位时的值，S1=S2=S3=1mm. 每个探头 都有自己的系数。C6.280.05单位cm。 若电流取I = C 时，则ρ ＝V，可由数字电压表直接读出。
Prog. Photovolt: Res. Appl. 14,429 (2006)
10.1%
Review in Nature 414, 338 (2001)
Nature 353, 737 (1991)7.1%
M. Grätzel 瑞士洛桑理工学院 (EPFL)
叶绿素: 光合作用
二、 UV-Vis分光光度计 2.5 摩尔吸收系数
U H avB
U H
1 IB nq b
五、 霍尔效应测试仪 q<0
v v v f 洛 q v B v v f e q EH
5.1 测试原理 v Z y B
A
I
v f洛 I v B v fe +++++ +++ ++++ +++++ +++ ++++
f 洛 f e E H vB F合 0 UH EH U H avB a
光源 激发单色器 样品池
3.4 仪器结构
检测器
发射单色器
检测器
荧光是散射谱，所以一般在垂直入射方向接收。背景没 有入射光，是“暗背景”，因此灵敏度高。
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四、 四探针测试仪
4.1 方阻
I
透明导电薄膜 Transparent and conductive film
薄膜电阻: sheet resistance
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四、 四探针测试仪
电阻率值可由下面公式得出：
4.2 测试原理
V W d W d C G ( ) D ( ) 0G ( ) D ( ) I S S S S
ρ 0 为块状体电阻率测量值 W：为样品厚度（um） S：探针间距（mm） G(W/S)为样品厚度修正函数，可由附录IA或附录1B查得； D(d/S)为样品形状和测量位置的修正函数，可由附录２查得。 W/S＜0.5时，实用。 当圆形硅片的厚度满足W/S＜0.5时，电阻率为：
禁带宽度Eg
hv≥Eg
1 ln C hv Eg T%
2
二、 UV-Vis分光光度计 2.4 材料光学带隙
ln(1/T)2
Eg=3.6 eV
FTO透明导电薄膜 透过光谱
（ln(100/T)）2 ~ hv
1 ln C hv Eg T%
第9讲 材料光电性能测试技术
主
讲：周聪华
中南大学物理与电子学院 先进材料超微结构与超快过程研究所 2015-05-26
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内容提要 一、概述 二、紫外可见光分光光度计 三、荧光分光光度计 四、四探针测试系统 五、霍尔效应测试仪 六、参考文献与课后习题
一、概述
OLED: 有机发光二极管
1.1 透光性能
OLED平板电视（LG）: 超薄-1mm
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一、概述
1.1 透光性能
薄膜太阳能电池
触控屏
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一、概述
电阻
1.2 导电性能
迁移率
OLED平板显示器功耗： 电阻
高速计算：高响应速率， 需要高迁移率
一、概述
光电性能-1: 透光性能
1.3 测试方式
a
v I EHv
x
A
b
总结 (1) q>0时，RH>0,
Q I nqvab
U H
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U H 0
(2) q<0时，RH<0,
1 IB nq b
U H 0
五、 霍尔效应测试仪
霍耳效应的应用 1、确定半导体的类型
5.1 测试原理
UH
1 IB nq b
N 型半导体载流子为电子 P 型半导体载流子为带正电的空穴
答案可通过邮件提交：姓名-学号-第9讲作业 chzhou@
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三、 荧光分光光度计
荧光发射光谱 荧光激发光谱 磷光光谱
3.3 PL谱
200
260 320 380 440 500 560 室温下菲的乙醇溶液荧（磷）光光谱
620
三、 荧光分光光度计
3.4 仪器结构
四 面 光 比 色 皿
I0
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Ia F
It
三、 荧光分光光度计
3.4 仪器结构
四个部分——激发光源、样品池、双单色器系统、检测器
特殊点——有两个单色器，光源与检测器通常成直角
单色器：选择激发光波长的第一单
色器和选择发射光 ( 测量) 波长的第
二单色器 光源：氙灯、高压汞灯、激光器 (
可见与紫外区)
检测器：光电倍增管
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三、 荧光分光光度计
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四、 四探针测试仪
4.2 测试原理
（a）块状和棒状样品体电阻率测量： 块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比 较，合乎于半无限大的边界条件，电阻 率值可以直接由（１）、（２）式求出。
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四、 四探针测试仪 （b）薄膜（片）电阻率测量
4.2 测试原理
簿片样品因为其厚度与探针间距比较， 不能忽略，测量时要提供样品的厚度形 状和测量位置的修正系数。
I
+++++ +++ v ++++
A
y
v B
a
v EH
v B