(高清版)GB∕T 37664.1-2019 納米制造 關鍵控制特性 發(fā)光納米材料 第1部分：量子效率

ICS71.040.50GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014第1部分：量子效率(IEC62607-3-1:2014,Nanomanufacturing—Keycontrolcharacteristics—國家市場監(jiān)督管理總局中國國家標準化管理委員會中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14測試注意事項 3 34.2環(huán)境條件 34.3光增亮和光漂白 34.4激發(fā)波長小于380nm時污染物的發(fā)光 44.5工業(yè)衛(wèi)生 45相對量子效率的測量 4 45.2儀器設備 45.2.1應配備的儀器設備 45.2.2儀器設備安裝 4 55.3.1總則 55.3.2校準用標準溶液的制備 65.3.3校準用標準溶液的測量 65.4實驗步驟 75.4.1校準標準物質(zhì)的測量 75.4.2發(fā)光納米粒子樣品的測量 76絕對量子效率的測量 9 96.2測試設備 6.3校準 6.4樣品制備 6.4.1總則 6.4.2液體樣品 6.4.3固態(tài)樣品 6.5測試步驟 6.5.2漫反射入射光法 7不確定度說明 I中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014附錄A(資料性附錄)避免溫度淬滅以實現(xiàn)最佳測量條件 A.1概述 A.2溫度淬滅的解決方案 參考文獻 20圖1甲酚紫吸收光譜計算舉例 6圖2準直入射光法和漫反射入射光法的測試設備構型示意圖 圖3準直入射光法測得的樣品光譜 圖4漫反射入射光法測得的樣品光譜 圖A.1脈沖激發(fā)下發(fā)光材料(YAG:Ce)的瞬態(tài)行為舉例 圖A.2歸一化的量子效率隨平均激發(fā)功率的變化以及優(yōu)選輸入功率范圍(豎線所示) 表1相對測量熒光方法舉例 5表2幾種相對量子效率測量用標準物質(zhì) 5表3量子效率數(shù)據(jù)比較用表格 8表4量子效率數(shù)據(jù)比較用表格 9表5測量發(fā)光納米粒子絕對量子效率的方法比較 Ⅱ中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014GB/T37664《納米制造關鍵控制特性發(fā)光納米材料》計劃分為以下部分：——第2部分：量子點分散液質(zhì)量。本部分為GB/T37664的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本部分使用翻譯法等同采用IEC62607-3-1:2014《納米制造關鍵控制特性第3-1部分：發(fā)光納——將標準名稱改為《納米制造關鍵控制特性發(fā)光納米材料第1部分：量子效率》。本部分由中國科學院提出。本部分由全國納米技術標準化技術委員會(SAC/TC279)歸口。米科技有限公司。Ⅲ中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014固態(tài)照明(solidstatelighting,SSL)領域發(fā)展的主要驅(qū)動力之一來自照明裝置電光轉(zhuǎn)換效率的提高。白熾燈照明裝置和熒光照明裝置的效率僅有約5%到30%,其中白熾燈照明裝置的效率最低。照明是電能消耗的主要來源，故提高照明裝置的轉(zhuǎn)換效率將極大地影響世界能源消耗格局。SSL裝置的費者獲得可靠產(chǎn)品信息至關重要。發(fā)光效率的測量對于發(fā)光二極管(LED)制造商所依賴的發(fā)光材料也至關重要，然而目前卻沒有測量這類材料發(fā)光效率的標準。本部分為SSL制造商提供了比較來自不同常規(guī)的SSL器件包含藍光LED芯片和發(fā)光材料，藍光LED激發(fā)發(fā)光材料發(fā)出適當顏色的單色光或多色光，從而產(chǎn)生所需的白色光譜。該器件稱為熒光轉(zhuǎn)換型發(fā)光二極管(或pc-LED),通過先產(chǎn)生藍光再把部分藍光轉(zhuǎn)換成寬帶可見光輻射，將電能間接轉(zhuǎn)換成白光。量子點(QDs)或納米熒光粉是光致凝時間、不易漂白和較弱的散射的特點，因此QDs和納米熒光粉在這一領域的應用引起了廣泛關注。QD基pc-LED在顯色指數(shù)、色溫和流明效率等綜合性能上優(yōu)于市場上其他的pc-LED。測量在生物醫(yī)學成像中的應用(QDs廣泛應用于生物醫(yī)學成像領域的R&D中)較廣泛，所以量子點和發(fā)光納米材料的供應商通常僅測量溶液中的相對量子效率(或量子產(chǎn)率)。為了降低納米顆粒團聚和重可能各不相同。例如，為了滿足SSL裝置中對光通量和色溫的要求，可能需要高濃度的發(fā)光納米顆粒中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014納米制造關鍵控制特性發(fā)光納米材料GB/T37664的本部分規(guī)定了進行發(fā)光納米材料量子效率可重復測量時遵循的步驟和注意事項。這些材料的結(jié)構體。發(fā)光納米材料既可以分散在液相(例如，膠體量子點)也可以分散在固相(例如，含發(fā)光納米粒子的納米纖維)。本部分既規(guī)定了液態(tài)發(fā)光納米材料量子效率的相對測量方法，也規(guī)定了固態(tài)和液態(tài)納米材料量子效率的絕對測量方法。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文ISO/TS80004-2:2015納米技術術語第2部分：納米物體(Nanotechnologies—Vocabulary—Part2:Nano-objects)CIE017/E:2011國際照明詞匯表(InternationalLighting—Vocabulary)CIE017/E:2011、ISO/TS80004-2:2015界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1在特定波長處，透過樣品的光強(I)與入射光強(I?)比值的以10為底的負對數(shù)。3.23.33.43.51中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014基質(zhì)matrix樣品中非待測材料的組分。3.7包括納米物體和納米結(jié)構的一類材料。3.8在特定的光波長處，透過樣品的光強度(I)與入射光強度(I?)的比值以10為底的負對數(shù)。3.9發(fā)光納米材料中產(chǎn)生光致發(fā)光所必需的光輻照導致的熒光特征衰減或消失的現(xiàn)象。3.10在恒定入射通量下量子點及其他發(fā)光納米材料的發(fā)光強度在一段時間內(nèi)逐漸增強的現(xiàn)象。3.11發(fā)射輻射與入射輻射光能的比值。3.12因電子態(tài)量子限域效應表現(xiàn)出尺寸依賴性質(zhì)的半導體納米晶。3.13發(fā)光納米粒子的光子發(fā)射效率。注2:發(fā)光納米材料的量子效率是指發(fā)射光子數(shù)與吸收光子數(shù)之比。在本部分中，測得的量子效率是對發(fā)光納米材3.14相對于準確定值的標準物質(zhì)測得的量子效率。3.15通過測量與發(fā)射光子數(shù)和吸收光子數(shù)成比例的數(shù)值得到的量子效率。3.16發(fā)光材料發(fā)射到自由空間的光子總數(shù)與材料吸收的光子數(shù)之比。2中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:20143.17發(fā)光材料發(fā)射的光子總數(shù)(無論光子是否發(fā)射到自由空間)與該材料吸收的光子數(shù)之比。注：內(nèi)量子效率與外量子效率的區(qū)別是內(nèi)量子效率包含發(fā)光材料發(fā)射出的所有光子，而外量子效率只包含發(fā)射到3.18Q以電磁波形式傳遞的能量。注：輻射能的單位是焦(J),也可用瓦秒(W·s)表示。1個量子的輻射能即1個光子的能量。3.19輻射通量radiantfluxΦ單位時間內(nèi)的輻射能。3.20光譜輻射通量spectralradiantflux3.21標準物質(zhì)referencematerial;RM一個或多個特性足夠均勻且穩(wěn)定的材料。4測試注意事項在執(zhí)行本部分中描述的發(fā)光納米材料量子效率的測量時，宜實施良好的實驗室管理規(guī)范。尤其是測試儀器應安裝在環(huán)境溫度(25±2)℃、相對濕度和氣流穩(wěn)定的區(qū)域。因為空氣流動的改變可對測當用高強度激發(fā)光源照射時，發(fā)光納米粒子既能呈現(xiàn)光增亮(受輻照時材料的發(fā)射效率提高),又能呈現(xiàn)光漂白(受輻射時發(fā)射效率降低)。光漂白可能是可逆的(一旦激發(fā)源從樣品移除，發(fā)光效率將恢復到初始值),也可能是不可逆的。由物理損壞或材料降解造成的光漂白通常不可逆。這兩種現(xiàn)象能導致樣品的激發(fā)功率(在不犧牲信噪比的條件下使受輻照功率最小)和樣品暴露于激發(fā)源的時間(在不犧牲信噪比的條件下使受輻照時間最短)。3中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:20144.4激發(fā)波長小于380nm時污染物的發(fā)光輻射(<380nm)下能夠發(fā)出熒光從而造成激發(fā)信號和/或發(fā)射信號的衰減。此外，涂敷在積分球表面的高反射材料可呈現(xiàn)固有的發(fā)射，這種發(fā)射不能通過清潔積分球除去。且因為積分要。用于修正這些雜散光的步驟可參考文獻[3,4]。有可用的資料前要盡可能減少暴露于納米材料環(huán)境中。宜參考可用的納米材料安全操作的資料和5相對量子效率的測量5.1概述利用具有良好特性的標準物質(zhì)進行量子效率的相對測量。由于相對測量方法的廣泛使用，大量的子點膠體懸浮液的量子效率。一些典型的標準物質(zhì)的量子效率可參考文獻[10]。測試程序是先利用熒光有機染料獲得特定光譜區(qū)域內(nèi)的校準曲線。然后將測得樣品的發(fā)射光譜與校準曲線比較得到其相對量子效率。已知濃度的熒光染料標準物質(zhì)的液相溶液可方便地配制，這種方法通常適用于液相材料的用于量子效率相對測量的儀器設備應包括：——已知光程的標準熒光石英比色皿。在以下的討論中，假設使用光程為10mm的比色皿。若使量前比色皿中所有殘留物質(zhì)都被除去?！⒘窟M樣器。-—具有漫透射能力的分光光度計測量相應光譜區(qū)的吸收[通常是紫外-可見(UV-Vis)區(qū)]。該分光光度計的波長校準宜使用具有良好特征發(fā)射波長的光源(如汞氬燈校準光源)來驗證，每年——能夠在相應光譜區(qū)(通常是UV-Vis區(qū))產(chǎn)生激發(fā)輻射并測量激發(fā)輻射和發(fā)射輻射的熒光分光光度計。熒光分光光度計的安裝和校準信息可參考文獻[6,7,8,9,11,15]。典型的激發(fā)輻射是由單色光源產(chǎn)生，且在單色儀的出口處有一個用于控制峰的半高寬(FWHM)的可調(diào)節(jié)狹縫。樣品發(fā)射的輻射通常穿過具有發(fā)射狹縫和單色儀的光學附件，然后到達探測器[如，光電倍增管(PMT)]。需要校準數(shù)據(jù)用于校準發(fā)射單色儀和檢測器的光譜響應度，該數(shù)據(jù)宜從儀UV-Vis分光光度計應設置UV-Vis分光光度計掃描相應光譜區(qū)，工作波長范圍通常設為300n4中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014使用熒光分光光度計測量樣品的熒光時，應指定激發(fā)波長以及要采集的發(fā)射光譜的開始波長和結(jié)發(fā)生熒光的再吸收。有證據(jù)表明，為使再吸收或內(nèi)濾效應最小化，重疊區(qū)的OD通常宜小于0.05。此外，激發(fā)單色器和發(fā)射單色器的狹縫寬度應設置為相同值(見表1)。在確定狹縫寬度時，權衡信和峰分辨率。建議在不影響信噪比的情況下將狹縫寬度設為最小值。但測量樣品和參比物質(zhì)的光譜帶寬條件(例如，狹縫寬度乘以單色器的線色散倒數(shù))應保持不變。測量樣品和參比物質(zhì)時熒光分光光度表量子產(chǎn)率。對其他光譜區(qū)應用不同的方法(以及相應不同的熒光標準物質(zhì))。表1相對測量熒光方法舉例紅色QY法-高QY紅色QY法-低QY激發(fā)開始采集波長結(jié)束采集波長激發(fā)狹縫發(fā)射狹縫PMT檢測器電壓中中高應使用具有良好特征量子效率的熒光材料作為溶液相對量子效率測量的校準標準。在選擇標準物效率宜等于或大于被測樣品的預期量子效率。對于SSL應用，激發(fā)波長通常在440nm～470nm之間，也可用其他激發(fā)波長。標準物質(zhì)的發(fā)射波長宜與被測發(fā)光納米材料樣品的發(fā)射波長相近?？捎玫臉藴薀晒鈽藴饰镔|(zhì)。表2列出了幾種用于相對量子效率測量的校準用標準物質(zhì)。其他相應波長的校準用標熒光標準溶劑激發(fā)波長/發(fā)射波長范圍/nm方法量子效率參考文獻羅丹明560乙醇470～700綠甲酚紫甲醇紅羅丹明101乙醇450～750綠，紅5中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014用天平稱取約2mg校準用熒光標準物質(zhì)，加入到20mL容量瓶中。用10mL適當?shù)娜軇┤芙庠撚谛实臉藴饰镔|(zhì)稀釋原液。用微量進樣器取100pL校準用標準物質(zhì)的稀釋原液，加入到比色皿中并充分混的溶液直到激發(fā)波長處的OD為0.05(如圖1所示)。按照中所述方法，利用熒光分光光度計進行計的檢測器上不產(chǎn)生非線性響應(如，飽和情況下)。若發(fā)生非線性響應的情況，一定要調(diào)整該方法的參數(shù)。0圖1甲酚紫吸收光譜計算舉例6中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014取2.5mL標準物質(zhì)所用的溶劑，加入到石英比色皿中。用UV-Vis分利用中得到的稀釋原液的OD/μL比值，計算在選定的激發(fā)波長處獲得OD值為0.001、強度積分將用于創(chuàng)建測定相對量子效率的校準曲線。將計算得到的最低OD值的稀釋原液加入到含溶劑的比色皿中，并用UV-Vis分光光度計和熒光分光光度計進行測量。將計算得到的第二低OD值的稀釋原液加入到比色皿中。對加入不同OD值的標準稀釋原液得到的每個溶液重復上述測量。參比檢測器進行校準。將每一個校正后的光譜數(shù)據(jù)以電子表格形式保存。計算校正后發(fā)射峰的總積分面積。用統(tǒng)計軟件，將(在適當激發(fā)波長處)測得的所有OD值和熒光強度的積分數(shù)據(jù)輸入指定列。為這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建線性回歸趨勢線，截距設為零。在所得圖表上顯示擬合公式和R2的值。該曲線是指定熒光校準物質(zhì)的校準曲線，一定要對每個標準物質(zhì)都重復類似校準曲線的測定。該線性回歸趨勢線的斜率用于測定發(fā)光納米粒子溶液的相對量子效率。對于給定標準物質(zhì)，根據(jù)已測的斜率值可計算出斜率的平均值和標準偏差。比較當前線性回歸得到的值和平均值，若當前值大于平均值標準偏差根據(jù)標準的統(tǒng)計過程控制規(guī)則，偏離大于平均值標準偏差的三倍時說明分光光度計失控。一定要找到失控的原因并采取修正措施。取2.5mL發(fā)光納米粒子樣品所用的溶劑，加入到石英比色皿。運行UV-Vis分光光度計，測量7中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014樣品的單點測量利用UV-Vis分光光度計測量納米粒子樣品的OD值。若相應激發(fā)波長處樣品的OD值大于0.05,加溶劑稀釋直到OD值低于0.05。樣品的最佳OD值范圍是0.03～0.05。單點測量的量子效率計算根據(jù)表3的格式，計算發(fā)光納米粒子的量子效率。表3量子效率數(shù)據(jù)比較用表格ABCD樣品在nm處的OD值校正積分熒光強度標準物質(zhì)(如，染料)的斜率量子效率計算在A欄和B欄輸入相應數(shù)據(jù)。C欄輸入從標準熒光物質(zhì)校準曲線計算得到的斜率(見)。D欄輸入式(1):D?=[QE標準×B;×(樣品溶劑折射率)2]/[A?×C;×(標準溶劑折射率)2]……(1)式中：A,,B;,C,D---電子表格A,B,C,D欄單元格中的相應項，i是行數(shù)(i=1,2,3等);QE標準——校準用標準物質(zhì)的量子效率；樣品溶劑折射率——溶解樣品所用溶劑的折射率；標準溶劑折射率—--—溶解標準物質(zhì)所用溶劑的折射率。通過比較測量其他已知量子效率的校準用標準物質(zhì)，檢查以上量子效率數(shù)據(jù)表格。標準物質(zhì)和發(fā)光納米粒子的數(shù)據(jù)采集方法應相同。包括激發(fā)波長、狹縫寬度、數(shù)據(jù)采集起始點和數(shù)據(jù)采集終點以及PMT檢測器的電壓。樣品的全線性回歸法測量重復中所述步驟，配制與生成校準標準數(shù)據(jù)類似OD值范圍內(nèi)的樣品(例如，OD值是分光光度計記錄每個樣品的OD值，并用熒光分光光度計測量每個樣品的發(fā)射光譜。根據(jù)需要對所有數(shù)據(jù)進行校正(),并計算校正后發(fā)射峰的總積分面積()。根據(jù)需要對其他納米粒子樣品重復此過程。量子效率的全線性回歸法計算利用統(tǒng)計軟件，將(在適當激發(fā)波長處)測得的所有OD值和積分熒光強度[單位通常是每秒的光子計數(shù)(cps)或等效單位]數(shù)據(jù)輸入指定列。以OD值為X軸，以積分熒光強度為Y軸，做納米粒子的數(shù)據(jù)圖。為數(shù)據(jù)創(chuàng)建線性回歸趨勢線，截距設為零。在所得圖表中顯示擬合公式和R2的值。該線性回歸趨勢線的斜率將用于計算發(fā)光納米粒子溶液的相對量子效率(見表4)。8中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014ABC納米粒子樣品(如，QDs)的斜率標準物質(zhì)(如，染料)的斜率納米粒子溶液的量子效率在A欄和B欄輸入相應數(shù)據(jù)。在C欄輸入式(2):樣品溶劑折射率——溶解樣品所用溶劑的折射率；據(jù)采集終點以及PMT檢測器的電壓。6絕對量子效率的測量絕對測量技術通過測定質(zhì)量、時間和距離等基本單位測量量子效率?？伤菰吹絊I基本單位或衍生單位的參考標準(例如，可溯源至國家計量基準的物質(zhì))通常用作絕對測量的校準標準。絕對測量技術既可以測量固體樣品也可以測量液體樣品。本部分中描述了兩種用于發(fā)光納米材料的絕對量子效率測量的方法。6.5.1中描述了準直入射光法，而6.5.2中描述了漫反射入射光法。對兩種方法的比較見表5。準直入射光法漫反射入射光法所需設備見圖2和6.2見圖2和6.2測量次數(shù)32計算用值光子通量(1/s)光譜輻射通量(W/nm)精確度最高高速度快最快液體和固體樣品的絕對量子效率既能利用準直入射光法測量，也能利用漫反射入射光法測量。兩種方法的設備相似，其實驗裝置如圖2所示。9中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:20145753②①②a)準直入射光法(IEC1697/14)b)漫反射入射光法(IEC光源光譜輻射計——內(nèi)部涂覆有漫反射比大于95%的材料的積分球。選擇適當尺寸的球保證測試時光的均勻漫反射。通常，積分球的直徑應至少大于待測樣品最大尺寸的三倍。積分球宜含可移動的樣品臺和至少兩個通光端口。端口所占用的面積不超過積分球總面積5%。積分球直徑和端口尺樣品臺是積分球內(nèi)放置樣品的地方，表面涂覆有與積分球內(nèi)部相同的高漫反射率材料。對于——滿足以下要求的檢測器和光源端口：檢測器端口(圖2,端口1)應有足夠大尺寸的擋光板防止光源直接照射檢測器。有一適配器(通常是SMA連接器)覆蓋在該端口并與積分球外部的光纖相連。適配器前面放一個高透光激發(fā)光源端口(圖2,端口2)應包含一小光闌(通常小于1.27cm),通過該光闌引入激發(fā)光源。近朗伯特(Lambertian)特性的漫射體橫跨光闌將激發(fā)光源漫射到積分球內(nèi)。-—能夠精確測量350nm～900nm波長范圍內(nèi)的輻射強度之間函數(shù)關系的光譜輻射計。光譜輻中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014射計包含至少一塊恰當閃耀波長的光柵，以便在目標波長范圍內(nèi)提供最佳的檢測。各種光學計通過外部的光纖在端口1與積分球連接。光譜輻射計的波長校準使用具有良好特征發(fā)射波首選光纖耦合光譜輻射計和積分球的測量方法。在信噪比可接受的情況下，f數(shù)與光譜輻射計的單色器匹配的聚焦光學器件也可代替光纖用于端口1。這一測試步驟的改變應在測試報告中清楚的描述。 激光：波長、半高寬(FWHM)和光束形狀(準直窄光束)最容易控制的理想光源。該光源能夠方便地傳播光(尤其是在6.5.1中所述準直入射光法中),并且其輸出穩(wěn)定性可以通過對溫度和電流的控制達到非常高的精度。能夠輸出脈沖或連續(xù)波(CW)。由于脈沖與脈沖之間的強好的信噪比可調(diào)整脈沖生成方法。發(fā)光二極管(LED):由于成本低、波長和強度可選(且譜寬取決于所用光源),LED是非常便利的光源。這種光源較難應用于準直入射光法中，但非常適合漫反射入射光法。為獲得可靠的與被測樣品的發(fā)射譜不重疊。單色光源：仍是普遍使用和經(jīng)過良好測試的可靠選擇。然而，由于窄帶通降低了單色器的通性的問題(包括在脈沖模式下和CW模式下)?！?jīng)校準后用于積分球的校準光源(如，光譜輻射通量或輻射照度標準)。校準光源的輸出由可溯源的標準和創(chuàng)建的標準數(shù)據(jù)預先測定。校準按照6.3中所述的步驟進行?！占头治鰯?shù)據(jù)用計算機。上未使用端口的活塞。發(fā)光納米粒子的絕對量子效率測量的校準要求將測量中所用的所有實驗設備的組件作為一個系統(tǒng)為了精確校準實驗設備，應使用校準光源。通常，校準光源是色溫約3000K、覆蓋波長范圍為350nm～2000nm的鎢絲燈。上述波長范圍之外的波長宜采用其他校準光源，如氘燈(200nm~400nm)。校準光源可以通過端口2的光闌引入到積分球，也可以通過專用夾具連接到端口2。校準數(shù)據(jù)包括標準的光譜輻射通量[單位是瓦每納米(W/nm)],該光譜輻射通量根據(jù)可溯源的標在不引起光譜輻射計檢測器飽和或其他非線性響應的條件下，設置光譜的最高實際值。這將保證校準測量和任何其他樣品測量的最高靈敏度。將得到的光譜輻射通量[Φb(λ)]與中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014既可測量溶液樣品的絕對量子效率，也可測量固態(tài)樣品的絕對量子效率。本條款給出每種樣品的材料的濃度。通過將QD或其他發(fā)光材料與用戶優(yōu)選的基質(zhì)材料(如，硅氧烷/環(huán)氧樹脂)按合適的比重混合，在受控條件下固化/硬化來制備固態(tài)樣品。為防止環(huán)境因素對發(fā)光納米粒子造成不利影響，可使用透明包測量固態(tài)樣品的一種可能方案是：將一滴未固化的QD或其他發(fā)光納米粒子混合在透明有機基質(zhì)6.5測試步驟準直入射光法是對液相或固相材料中的發(fā)光納米材料絕對量子效率的測量方法。本方法中，準直光束引入到積分球并作為激發(fā)源。關于本測試方法的其他細節(jié)可參考文獻[17]。射通量標準)。使用本方法時，光源一定要準直且通過端口2處的光闌直接引入到積分球。光束發(fā)散需最小化，以便使引入積分球和照射樣品的光束尺寸至少小于樣品本身尺寸的50%。在準直入射光法中，如圖2所示，積分球中所用的樣品臺應能夠移動樣品使之進入和離開入射光實驗B:積分球中有樣品，但移離準直入射光束，入射光束直接照射積分球壁，只有漫反射輻射照實驗C:積分球中有樣品，準直入射光束直接照射樣品，并設定樣品位置，使樣品表面的反射光都照射積分球壁而不是從入射口返回。在進行準直入射光法時，有必要用單位正比于每秒光子數(shù)進行所有的計算。如果連接到積分球上中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014的光譜輻射計的光譜輻射通量已校準為瓦每納米(W/nm),這些值可以轉(zhuǎn)換成光子通量[單位是每秒光子數(shù)(1/s)]。轉(zhuǎn)換步驟如下：一個光子輻射能的計算公式見式(4):Q=hc/λ…………(4)c——光速[3×10?(m/s)];如果波長的單位是納米(nm),式(4)簡化為式(5):QA=1.99×10-16/λ (5)如果在特定波長處，有一個以上的光子，該波長處的總輻射能等于光子數(shù)(n)與光子輻射能的乘Q?otal=nQx=n(1.99×10-16/λ) (6)從式(6)可得出光子數(shù)的計算式，見式(7):n=(5.03×101?)Qtotalλ…………(7)用光子輻射通量(更)[單位是瓦(W)或焦每秒(J/s)]代替光子能量，可得到光子通量[單位是每秒光子數(shù)(1/s)]。光子通量的表達式變?yōu)槭?8):……φ——光子輻射通量，單位為瓦(W);λ——波長，單位為納米(nm)。因此，波長和光子輻射通量相乘得到的值將正比于每秒光子數(shù)。在給定波長處，通過波長與該波長處的光譜輻射通量相乘，光譜能量分布可轉(zhuǎn)換為y軸正比于每秒光子數(shù)的圖。如圖3所示。中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:201440000L3000020000實驗C0600650700P波長/nm說明：L——激發(fā)；圖3準直入射光法測得的樣品光譜積分球中無樣品時(實驗A),測得本底光子通量。儀器的本底信號主要來自積分球內(nèi)的固有散射產(chǎn)生的雜散光，在隨后的所有測量中需減去該信號。樣品置于積分球中，使入射光束直接照射樣品(實驗C)。因為光束是平行的，當樣品直接放在光束中時，光束垂直入射照射樣品(實驗C)。一部分入射光被樣品吸收，其余的則被樣品透射或反射。透射或反射的光將照射積分球壁并被漫反射到樣品上。任何由樣品發(fā)射的熒光也將會被積分球漫反射。因此，在準直入射光法中，樣品接受的主要輻射來自準直入射光源(入射角～0°),接受的其他輻射來自積分球在各個角度的漫反射入射。如果樣品在積分球中，移離準直入射光源，則樣品只受到來自各個角度的漫反射的輻射(實驗B)。一部分反射光被樣品吸收，其余的則被透射或反射。透射或反射的光照射積分球壁并再次漫反射到樣品上。任何由樣品發(fā)射的熒光也將會被積分球漫反射。分析三次測量得到的每個譜圖，確定激發(fā)峰和熒光發(fā)射峰。通過扣除儀器本底并積分得到每個峰的面積，在給定波長區(qū)間內(nèi)該峰面積正比于每秒光子數(shù)。激發(fā)峰的面積稱為L,是對未吸收的激發(fā)光的衡量。發(fā)射峰的面積稱為P,是對發(fā)射光的衡量。也可應用雜散光補償[18]和自吸收19]等校正。被分析的譜圖至少包含以下值：——La:積分球中無樣品時的激發(fā)峰面積(實驗A);—-—Lb:積分球中有樣品，但只有漫反射輻射時激發(fā)峰面積(實驗B);-—L。:積分球中有樣品，受準直入射光和漫反射光輻射時激發(fā)峰面積(實驗C);—-—Pp:積分球中有樣品，但只有漫反射輻射時熒光發(fā)射峰面積(實驗B);-—P.:積分球中有樣品，受準直入射光和漫反射光輻射時熒光發(fā)射峰面積(實驗C)。所有的L值和P值應按照6.5.1所述步驟轉(zhuǎn)換成單位正比于每秒光子數(shù)的值。根據(jù)這些參數(shù)，入射光的吸收分數(shù)(A)和量子效率(η)能夠利用式(9)和式(10)算出(該方法在其他文獻中有更詳細的描述[17]):A=(1—L./Lb) (9) (10)中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014這一表達式也可以寫為式(11):6.5.2漫反射入射光法漫反射入射光法可測量液相或固相材料中的發(fā)光納米材料的量子效率。該方法利用從各個角度入射輻照樣品的漫反射光束作為激發(fā)源，測量絕對量子效率。實驗設備校準后，如圖2所示，校準光源被一激發(fā)光源(如，激光、LED或單色光源)和一光的漫射體代替。光的漫射體在漫反射角將光引入積分球?qū)悠愤M行漫反射輻射。關于漫反射入射光法的其他細節(jié)可參考文獻[20]。在漫反射入射光法的所有的計算中，光譜輻射通量的單位是瓦每納米(W/nm)?？鄢镜缀?，通過積分得到峰面積，從而提供激發(fā)峰(L)和發(fā)射峰(P)的輻射能量。在漫反射入射光法中，僅進行兩次測量就可計算量子效率(η):實驗A:空白樣品置于積分球中。空白樣品應代表待測樣品的樣式。根據(jù)待測樣品的樣式不同，空白樣品可能是一個空比色皿(適用于盛在相同比色皿中的液體樣品)、未填充樣品的硅氧烷基質(zhì)(適用于嵌在同樣的硅氧烷材料中的固體樣品)、未涂覆的襯底(適用于涂覆在同樣襯底上的固體樣品)或其他樣式。通過本測量能夠得到LA,即積分球中只有空白樣品的激發(fā)峰面積。實驗B:待測樣品置于積分球中，并受到漫反射光源的輻射。通過本測量能夠得到Lp(激發(fā)峰面積)和Pg(發(fā)射峰面積)。應在無樣品時，使用與校準步驟相同的測量參數(shù)，記錄激發(fā)光源的光譜能量分布。該光譜的積分是引入積分球中的激發(fā)光源的光譜能量(Lx)。同樣的，也應記錄關閉光源時的本底光譜能量(Lbck)。將L.與Lbck相減，則得到輸入積分球中的總光譜能量(Ltatal),見式(12):Ltotul=LexLhack……(12)實驗A中，將與待測樣品尺寸相當?shù)目瞻讟悠分糜诜e分球中的樣品臺上。使用與校準步驟中相同的測量參數(shù)，對每一個波長記錄空白樣品的光譜能量分布。無樣品時所測光譜能量與空白樣品的積分光譜能量(LA)之差，即空白樣品所吸收光的量(即，△L=Loal-LA)。為保持該差值盡可能小，宜避免對空白樣品進行有色標記。實驗B中，從樣品臺除去空白樣品，將按照6.4所述步驟制備的樣品置于樣品臺。使用與校準步驟中相同的測量參數(shù)，記錄樣品的光譜能量分布。空白樣品的積分光譜能量與樣品的積分光譜能量的差值，含有樣品對光的吸收分數(shù)的信息，以及被吸收的光以熒光形式重新發(fā)射的信息。這些值稱為：Lp=樣品在積分球中，受到漫反射光源輻射時激發(fā)峰的能量；Pp=樣品在積分球中，受到漫反射光源輻射時熒光發(fā)射峰的能量。圖4給出了一個典型譜圖。藍線代表空白樣品的譜圖，470nm處為其激發(fā)峰(LA)。紅線代表含量子點樣品的譜圖。未被吸收的激發(fā)峰(Lp)和熒光納米材料在約620nm處的發(fā)射峰(PB)都明顯可見。中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014LA4000一實驗A實驗BLg2000Po450500550600650波長/nm利用這些信息，能夠計算出樣品的量子效率?？瞻讟悠返募ぐl(fā)峰積分(LA)與樣品的激發(fā)峰積分(Lp)之差代表樣品吸收的漫反射入射輻射的能量。能夠通過式(13)算出樣品的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE):PCE=(Pp—Pback)/(LA—Lp)……………(13)在實驗B中應計算該波長處的發(fā)射光譜能量分布(λp),在實驗A中應計算該波長處的激發(fā)光譜能 (14)η=PCE×(λp/AA) (15)7不確定度說明根據(jù)儀器、實驗條件和實驗室人員操作規(guī)范的不同，量子效率測量的不確定度差別較大?？蓞⒖糋B/T27418—2017測量不確定度評定和表示[1]以及其他在線工具和文獻的指導[2]種測試方法確定重要不確定度來源(A類不確定度和B類不確定度)。報告宜包含A類和B類不確定度評估以及它們是如何合成給出測量的總擴展不確定度的。8檢測報告檢測報告應至少包含以下內(nèi)容：中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014——日期和檢測人/單位； ——樣品的物理狀態(tài)；——樣品制備的描述； 激發(fā)波長處的吸光度或OD值： ——光譜能量分布；——量子效率；境條件、校準光源等)。檢測報告還應包括量子效率測定的整體測量不確定度說明(含包含因中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014(資料性附錄)避免溫度淬滅以實現(xiàn)最佳測量條件A.1概述測量量子效率(QE)時宜重點考慮溫度引起的量子效率淬滅。多種因素可能引起樣品溫升，如激發(fā)譜和發(fā)射譜之間的能量差別(斯托克斯損失)、無入射輻射時材料真實的QE值(同樣的激發(fā)密度下，QE越低熱效應越大)、散熱性能(載體、被測樣品和實驗裝置之間的熱耦合以及裝置本身的散熱)。若QE是激發(fā)密度的函數(shù)，則肯定會出現(xiàn)量子效率的溫度淬滅。有多種硬件方案可解決這個問題，下面是如何通過調(diào)制光源(如二極管激光器)解決溫度淬滅的例子。A.2溫度淬滅的解決方案二極管激光器由于光束調(diào)節(jié)方便、輸出穩(wěn)定以及能夠獨立調(diào)整脈沖寬度和工作周期，是頗具吸引力的光源。樣品發(fā)光的上升時間和衰減時間是脈沖寬度的限制因素。脈沖寬度的選擇宜允許樣品的發(fā)射達到飽和。圖A.1所示是發(fā)光上升時間約0.25μs的YAG:Ce樣品。值得注意的是，上升和衰減時間依賴于激發(fā)密度和測量裝置，有必要對相應各激發(fā)密度進行測試。例如，若目的是避免總體加熱則需使用非常短的脈沖或低工作周期脈沖。一般來說，因為△T=△Q/mC,根據(jù)材料的比熱容(C)和質(zhì)量(m),脈沖期間的最大熱沉積[△Q=△(時間)×P(功率)]將使溫度升高。每個脈沖能夠?qū)е赂叱霏h(huán)境溫度零點幾度到幾度。0.010.0001時間/s圖A.1脈沖激發(fā)下發(fā)光材料(YAG:Ce)的瞬態(tài)行為舉例本示例中，激發(fā)脈沖的寬度大于發(fā)光信號的飽和時間。然而，這并不能代表不同用戶使用時的真實情況，可能會出現(xiàn)人為的加熱而不清楚其確切效應的情況，用戶僅測量特定環(huán)境條件下材料QE的綜合結(jié)果。通過檢測器在QE裝置和樣品加熱時的動態(tài)響應建立工作周期的邊界條件。圖A.2是作為平均激發(fā)密度的函數(shù)計算QE得的典型曲線。通過分別改變脈沖寬度和工作周期可實現(xiàn)一個特定的平均激發(fā)密度。按照6.5所述的測試步驟測量量子效率。利用不同工作周期/脈沖寬度的組合，能夠為不同的激中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014范圍并宜考慮引起光輸出非線性行為的其他物理效應，光輸出非線性行為是大多數(shù)材料在高入射通量時固有的性質(zhì)。詳細的評價熒光測量儀器線性的標準方法可參考文獻[6,8]。平均激發(fā)功率圖A.2歸一化的量子效率隨平均激發(fā)功率的變化以及優(yōu)選輸入功率范圍(豎線所示)注：帶有電控頻率調(diào)制(截斷)輪溫控連續(xù)波(CW)激光器可代替脈沖二極管激光器。該硬件組合可獲得較長的脈沖寬度和較低的頻率(從亞赫茲到千赫茲),但不是完全獨立的方式。優(yōu)點是與單獨的CW相比提高信噪比，并擺脫固態(tài)脈沖激光源中的噪聲。高濃度微觀振子(如材料的本征/帶隙吸收)或高吸收系數(shù)的躍遷將導致很淺的吸收深度，從而高的激發(fā)密度?？紤]到這些效應，宜根據(jù)材料的性質(zhì)選擇測量條件。發(fā)現(xiàn)材料最好固有性能的總準則是在不犧牲信噪比的前提下使用最低激發(fā)強度進行測試。中國標準出版社授權北京萬方數(shù)據(jù)股份有限公司在中國境內(nèi)(不含港澳臺地區(qū))推廣使用GB/T37664.1—2019/IEC62607-3-1:2014[2]ISO/TS80004-2:2015Nanotechnologies—Vocabulary—Part2:Nano-objects[3]P.-S.Shawetal.,Measurementoftheultraviolet-inducedfluorescenceyieldfromintegratingspheres.Metrologia,2009,46,S191-S196.[4]R.D.Saundersetal.,Spectralirradiancemeasurements:effectofuv-produceinintegratingspheres,AppliedOptics,1976,Vol.[5]U.S.DepartmentofHealthandHumanServices,ApproachestoSafeNanotechnology:ManagingtheHealthandSafetyConcernsAssociatedwithEngineeringNanomaterials.DHHS(NIOSH)Publication2009-125,March2009.[6]P.C.DeRoseandU.Resch-Genger,RecommendationsforFluorescenceInstrumentQualifi-cation:TheNewASTMStandardGuide,AnalyticalChemistry,2010,volume82,2129-2133.[7]IUPACProjectno.20040211300.FluorometryTaskGroup.[8]ASTME578-07,Standardtestmethodforlinearityoffluorescencemeasuringsystems.[9]ASTME388-04,Standardtestmethodforwavelengthaccuracyandspectralbandwidthoffluorescencespectrometers.[10]D.F.Eaton,Referencematerialsforfluorescencemeasurement,PureandAppliedChemis-try,1998,60,1107.[11]ASTME2719-09,Standardguideforfluorescence—Instrumentcalibrationandqualifica-tion.[12]R.F.KubinandA.N.Fletcher,Fluorescencequantumyieldsofsomerhodaminedyes,J.Luminescence,1983,27,455.[13]M.Douglasetal.,Absoluteluminescenceyieldofcr