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熒光量子產(chǎn)率原理及應(yīng)用_91化工儀器網(wǎng)

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2019-09-02  來源:儀器信息網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):124
核心提示:基本概念及特征量子點:(Quantum dot,QD)又稱半導(dǎo)體納米晶,是導(dǎo)帶電子、價帶空穴及激子在三個空間方向上受束縛的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu),其三維尺寸通常在2-10nm范圍內(nèi),呈近似球形,市場上使用的量子點材料多為核殼結(jié)構(gòu)。量子點材料:分為元素半導(dǎo)體量子點、化合物半導(dǎo)體量子點、異質(zhì)結(jié)量子點,常見的量子點由IV A、ⅡB-ⅥA、ⅢA-ⅤA或者ⅣA-ⅥA, 族元素組成,如Si,Ge,CdSe,CdTe, CdS, ZnSe,ZnS,InP,InAs,PbS, PbSe 等半導(dǎo)體材料。量子點發(fā)光原理量子點能把電子
 基本概念及特征

量子點:

(Quantum dot,QD)又稱半導(dǎo)體納米晶,是導(dǎo)帶電子、價帶空穴及激子在三個空間方向上受束縛的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu),其三維尺寸通常在2-10nm范圍內(nèi),呈近似球形,市場上使用的量子點材料多為核殼結(jié)構(gòu)。

 

量子點材料:

分為元素半導(dǎo)體量子點、化合物半導(dǎo)體量子點、異質(zhì)結(jié)量子點,常見的量子點由IV A、ⅡB-ⅥA、ⅢA-ⅤA或者ⅣA-ⅥA, 族元素組成,如Si,Ge,CdSe,CdTe, CdS, ZnSe,ZnS,InP,InAs,PbS, PbSe 等半導(dǎo)體材料。

 

量子點發(fā)光原理

量子點能把電子鎖定在非常微小的三維空間內(nèi),電子運動受到限制,對其施加一定的電場或光照會發(fā)出特定頻率的光,發(fā)光頻率隨著顆粒尺寸的改變而變化,通過調(diào)節(jié)量子點的尺寸可以控制其發(fā)光的顏色。

Figure 1不同尺寸CdSe量子點在光照射下的顏色及吸收和發(fā)射光譜

 

量子點背光源技術(shù)(QD LCD):

是一種光致發(fā)光技術(shù),利用量子點的發(fā)光特性,通過綠色、紅色量子點將藍(lán)色LED光轉(zhuǎn)化為高飽和度的綠光和紅光,并同其余未被轉(zhuǎn)換的藍(lán)光混合得到白光等各種顏色,在屏幕上顯示寬廣色域的顏色。

量子點發(fā)光二極管顯示技術(shù)(QLED)

QLED全稱是 Quantum Dot light Emitting Diode ,即量子點發(fā)光二極管,又名量子屏顯示技術(shù),其原理是是將量子點層臵于電子傳輸和空穴傳輸有機材料層之間,外加電場使電子和空穴移動到量子點層中,電子和空穴在這里被捕獲到量子點層并且重組,從而發(fā)射光子。通過將紅色量子點、綠色量子點和藍(lán)光熒光體封裝在一個二極管內(nèi),實現(xiàn)直接發(fā)射出白光。

量子點的光學(xué)特性

激發(fā)光譜寬:應(yīng)用單一波長的激發(fā)光可激發(fā)多種量子點,使量子點達(dá)到激發(fā)態(tài)的光譜范圍較寬,傳統(tǒng)有機染料熒光分子激光譜較窄,須用合適能量的光來激發(fā)。

發(fā)射光譜窄:量子點發(fā)射光譜范圍較窄且對稱,不易重疊,可以使用小于其發(fā)射波長10nm的任意波長的光進(jìn)行激發(fā)

發(fā)射波長可調(diào):

熒光效率高、穩(wěn)定、壽命長:熒光強度高,穩(wěn)定性好,抗漂白能力強,可經(jīng)受反復(fù)多次激發(fā)而不易發(fā)生熒光猝滅??梢詫?biāo)記的物體進(jìn)行長時間的觀察,可用于研究細(xì)胞中生物分子之間長期相互作用。

生物兼容性好:經(jīng)過各種化學(xué)修飾之后可以進(jìn)行特異性連接,對生物大分子標(biāo)本的活性無傷害。

 

應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué):量子點檢測試劑通過結(jié)合抗原抗體反應(yīng)的特異性與量子點熒光的敏感性,可以對抗體或抗原進(jìn)行定性、定位或定量檢測,提供改進(jìn)的體內(nèi)和體外生物學(xué)成像。

熒光標(biāo)記(熒光探針)

 

活體/細(xì)胞成像:追蹤藥物的療效,實時監(jiān)測藥物的作用機制,病理組織標(biāo)本的檢測以及疾病的診斷, 多種抗原的同時檢測, 簡化檢測過程,縮短檢測時間

新能源:

太陽能電池:量子點作為窄帶隙材料,可大幅提高光能利用率,增加太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。

光催化:

光電顯示:

量子點器件

量子點顯示(QD、LCD,QLED)

光譜儀用于量子點發(fā)光表征

紫外可見吸收譜

光致發(fā)光譜(PL)

光致發(fā)光量子產(chǎn)率(QY)

電致發(fā)光譜(EL)

輻照度/亮度/色度

電致發(fā)光量子效率(EQE)

 

海洋方案

紫外-可見吸收譜

配置:

光譜儀(FLAME,MAYA,QE 系列等)

氘鹵燈光源(DH系列,DT-MINI)

比色皿支架(CUV-UV,CUV-ALL-UV)

光纖(QP400-025-SR)

軟件(OCEANVIEW)

 

光致發(fā)光譜(PL譜)

指物質(zhì)在光的激勵下,電子從價帶躍遷至導(dǎo)帶并在價帶留下空穴;電子和空穴在各自的導(dǎo)帶和價帶中通過弛豫達(dá)到各自未被占據(jù)的低激發(fā)態(tài)(在本征半導(dǎo)體中即導(dǎo)帶底和價帶頂),成為準(zhǔn)平衡態(tài);準(zhǔn)平衡態(tài)下的電子和空穴再通過復(fù)合發(fā)光,形成不同波長光的強度或能量分布的光譜圖。光致發(fā)光過程包括熒光發(fā)光和磷光發(fā)光。

 

配置:

光譜儀(FLAME,MAYA,QE, NIRQUEST系列)

單色光源(LED ,Laser, 氙燈+單色儀 )

比色皿支架(CUV-ALL-UV)

濾光片(LFV長通/低通濾光片)

光纖(QP400-025-SR)

軟件(OCEANVIEW)

 

光致發(fā)光量子產(chǎn)率(QY) 

用于表證樣品的發(fā)光效率,即測量樣品有效利用吸收光的效率,數(shù)學(xué)上表示為發(fā)射光子數(shù)和吸收光子數(shù)的比值。

 

測量樣品的量子產(chǎn)率有兩種方法:

相對量子產(chǎn)率測量:需要一種已知量子產(chǎn)率的標(biāo)準(zhǔn)品作為參照,通過對標(biāo)準(zhǔn)物和樣品進(jìn)行吸光度和熒光的測量換算得到樣品的量子產(chǎn)率。只適用于液體樣品。

量子產(chǎn)率測量:不需要 標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行對比,廣泛適用于液體、薄膜和粉末樣品。在進(jìn)行測量時需要積分球附件;積分球內(nèi)表面涂層一般是高反射性材料,比如硫酸鋇和聚四氟乙烯。樣品表面各個方向的激發(fā)光或者是發(fā)射光進(jìn)行積分球均勻化后從出射口出來,并進(jìn)入到單色器中后被檢測器檢測到。

配置:

光譜儀(FLAME,MAYA,QE, NIRQUEST系列)

單色光源(LED ,Laser, XE+單色儀 )

比色皿支架(CUV-ALL-UV)

濾光片(LFV長通/低通濾光片)

光纖(QP400-025-SR)

軟件(OCEANVIEW)

 

電致發(fā)光譜(量子點器件EL譜)

配置:

光譜儀(FLAME,MAYA,QE系列)

積分球/CC-3(FOIS-1/大積分球)

光纖(QP系列)

標(biāo)準(zhǔn)光源(HL-3P-INT-CAL/大積分球)

源表(Keithley)

 

EL/PL量子點器件輻照度/亮度,色度[2]

 

檢測參數(shù):

色坐標(biāo):CIE XYZ,L*a*b*,xyz, uv, u'v w

色溫CCT 顯色指數(shù)CRI

光度量(Lum, Lux, Candela)

亮度

光功率

 

配置同EL PL

 

電致發(fā)光量子效率

配置:

QEPRO光譜儀,積分球,

Keithley 源表,

LED光源/HPX2000-HP+MONOSCAN單色儀,

光纖

量子效率專用軟件

 

海洋方案優(yōu)勢:

設(shè)備操作簡單,無需經(jīng)常校準(zhǔn)

微型光譜儀體積小巧,易于搬運

測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)原位測試,測試時樣品無需取出手套箱

解決方案完善,可提供參考方案:

 

可參考文獻(xiàn):

[1] Dai X, Zhang Z, Jin Y, et al. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots[J]. Nature, 2015, 515(7525):96-99.

[2] Sun, C. , Zhang, Y. , Ruan, C. , Yin, C. , Wang, X. , Wang, Y. and Yu, W. W. (2016), Efficient and Stable White LEDs with Silica‐Coated Inorganic Perovskite Quantum Dots. Adv. Mater., 28: 10088-10094. doi:10.1002/adma.201603081

 


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