GB/T 37664.1-2019 纳米制造 关键控制特性 发光纳米材料 第1部分：量子效率

ICS71.040.50

G04

中华人民共和国国家标准

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

纳米制造关键控制特性发光纳米材料

:

第部分量子效率

1

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

———

NanomanufacturinKecontrolcharacteristicsLuminescentnanomaterials

gy

Part1:uantumefficienc

Qy

(:,——

IEC62607-3-12014NanomanufacturinKecontrolcharacteristics

gy

:—,)

Part3-1LuminescentnanomaterialsQuantumefficiencIDT

y

2019-06-04发布2019-06-04实施

国家市场监督管理总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

目次

前言…………………………Ⅲ

引言…………………………Ⅳ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4测试注意事项……………3

4.1概述…………………3

4.2环境条件……………3

4.3光增亮和光漂白……………………3

4.4激发波长小于380nm时污染物的发光…………4

4.5工业卫生……………4

5相对量子效率的测量……………………4

5.1概述…………………4

5.2仪器设备……………4

5.2.1应配备的仪器设备……………4

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5.2.2仪器设备安装…………………4

5.3校准…………………5

5.3.1总则……………5

5.3.2校准用标准溶液的制备………………………6

5.3.3校准用标准溶液的测量………………………6

5.4实验步骤……………7

5.4.1校准标准物质的测量…………7

5.4.2发光纳米粒子样品的测量……………………7

6绝对量子效率的测量……………………9

6.1概述…………………9

6.2测试设备……………10

6.3校准…………………11

6.4样品制备……………12

6.4.1总则……………12

6.4.2液体样品………………………12

6.4.3固态样品………………………12

6.5测试步骤……………12

6.5.1准直入射光法…………………12

6.5.2漫反射入射光法………………15

7不确定度说明……………16

8检测报告…………………16

Ⅰ

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

()……………

附录资料性附录避免温度淬灭以实现最佳测量条件

A18

A.1概述………………18

A.2温度淬灭的解决方案……………18

参考文献……………………20

图1甲酚紫吸收光谱计算举例……………6

图准直入射光法和漫反射入射光法的测试设备构型示意图………

210

图准直入射光法测得的样品光谱……………………

314

图漫反射入射光法测得的样品光谱…………………

416

图脉冲激发下发光材料(:)的瞬态行为举例……………

A.1YAGCe18

()……………

图A.2归一化的量子效率随平均激发功率的变化以及优选输入功率范围竖线所示19

表相对测量荧光方法举例………………

15

表几种相对量子效率测量用标准物质…………………

25

表量子效率数据比较用表格……………

38

表量子效率数据比较用表格……………

49

表测量发光纳米粒子绝对量子效率的方法比较………

59

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Ⅱ

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

前言

/《》:

纳米制造关键控制特性发光纳米材料计划分为以下部分

GBT37664

———:;

第部分量子效率

1

———:。

第部分量子点分散液质量

2

本部分为/的第部分。

GBT376641

本部分按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

:《:

本部分使用翻译法等同采用纳米制造关键控制特性第部分发光纳

IEC62607-3-120143-1

米材料量子效率》。

本部分做了下列编辑性修改:

———《:》。

将标准名称改为纳米制造关键控制特性发光纳米材料第部分量子效率

1

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Ⅲ

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

引言

固态照明(,)领域发展的主要驱动力之一来自照明装置电光转换效率的提

solidstatelihtinSSL

gg

。,。

高白炽灯照明装置和荧光照明装置的效率仅有约到其中白炽灯照明装置的效率最低照

5%30%

,。

明是电能消耗的主要来源故提高照明装置的转换效率将极大地影响世界能源消耗格局SSL装置的

,,

发光效率的测量是其整体效率测量的关键目前这些测量的标准方法已经建立这些方法对制造商和消

。()

费者获得可靠产品信息至关重要发光效率的测量对于发光二极管LED制造商所依赖的发光材料也

,。

至关重要然而目前却没有测量这类材料发光效率的标准本部分为SSL制造商提供了比较来自不同

,。

供应商的发光纳米材料发光效率的通用方法该方法也可用于一般的LED用发光材料

,

常规的SSL器件包含蓝光LED芯片和发光材料蓝光LED激发发光材料发出适当颜色的单色光

,。(),

或多色光从而产生所需的白色光谱该器件称为荧光转换型发光二极管或pc-LED通过先产生蓝

,。()

光再把部分蓝光转换成宽带可见光辐射将电能间接转换成白光量子点QDs或纳米荧光粉是光致

,。

发光材料中的新型材料这类材料可将蓝光LED波转换成宽光谱可见光与传统的尺寸大于5m的

μ

,、、、

典型荧光粉颗粒相比量子点和纳米荧光粉具有更大的颜色可调性窄带发射谱宽带吸收近无限的絮

、,。

凝时间不易漂白和较弱的散射的特点因此QDs和纳米荧光粉在这一领域的应用引起了广泛关注

、。

基在显色指数色温和流明效率等综合性能上优于市场上其他的

QDc-LEDc-LED

pp

,。,

照明工业中量子效率是发光材料的关键参数本部分中荧光量子效率的含义是发光纳米粒子发

,。,

射的光子数和所吸收的光子数的比值也称荧光量子产率因为相对量子效率的测量较容易并且这种

测量在生物医学成像中的应用(国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页),

QDs广泛应用于生物医学成像领域的R&D中较广泛所以量子点和

()。

发光纳米材料的供应商通常仅测量溶液中的相对量子效率或量子产率为了降低纳米颗粒团聚和重

,。,

吸收的影响通常在低浓度下进行相对量子效率的测量然而在最终应用时发光纳米材料的实际浓度

。,,

可能各不相同例如为了满足SSL装置中对光通量和色温的要求可能需要高浓度的发光纳米颗粒

()。,,(,

的固态或液态配方产品本部分首次将这种方法标准化无论溶液还是固体只要建立了固态例如

、、,)

发光纳米粒子镶嵌在聚合物基质中涂覆在光学玻璃上直接应用于发光二极管以及其他形式和溶液

(,),

样品例如发光纳米粒子的胶体悬浮液绝对量子效率的测试方法供应商和用户就能比较不同材料之

间的性能。

Ⅳ

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

纳米制造关键控制特性发光纳米材料

:

第部分量子效率

1

1范围

/的本部分规定了进行发光纳米材料量子效率可重复测量时遵循的步骤和注意事项。

GBT37664

、、、、、

本部分适用的发光纳米材料包括量子点纳米荧光粉纳米粒子纳米纤维纳米晶纳米片和包含

。(,)(,

这些材料的结构体发光纳米材料既可以分散在液相例如胶体量子点也可以分散在固相例如含

)。,

发光纳米粒子的纳米纤维本部分既规定了液态发光纳米材料量子效率的相对测量方法也规定了固

态和液态纳米材料量子效率的绝对测量方法。

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

/::(——

纳米技术术语第部分纳米物体

ISOTS80004-220152NanotechnoloiesVocabular

gy

:)

s

Part2Nano-obect

j

/:国际照明词汇表(—)

CIE017E2011InternationalLihtinVocabular

ggy

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

3术语和定义

/:、/:界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

CIE017E2011ISOTS80004-22015

3.1

吸光度absorbance

,()与入射光强()比值的以为底的负对数。

在特定波长处透过样品的光强II10

0

::(/)。,(,)。

注数学表达式吸光度=-lII为保证本等式的正确性要对其他损失例如反射和散射做适当的修正

g0

3.2

吸收率absortance

p

,。

在给定的光谱范围内介质吸收的辐射或光通量与入射光辐射或光通量之比

:、。

注反射率透射率和吸收率之和为1

3.3

吸收absortion

p

(,)。

物质吸收入射光光子并将之转换成另一种能量形式例如热的过程

:、。

注入射光子通量包含吸收反射和透射

3.4

准直入射光法collimatedincidentlihtmethod

g

,(,)。

将准直光引入到含待测样品的积分球利用准直光束例如激光测定绝对量子效率的方法

3.5

漫反射入射光法diffuseincidentlihtmethod

g

,,

将漫反射光引入到含待测样品的积分球用漫反射光束测定绝对量子效率的方法漫反射光束来自

1

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

、。

激光发光二极管或其他光源

3.6

基质matrix

样品中非待测材料的组分。

:。

注基质材料通常是可用于负载发光纳米粒子的有机或无机惰性材料

3.7

纳米材料nanomaterial

包括纳米物体和纳米结构的一类材料。

:、。

注纳米物体是指一维二维或三维尺寸处于1nm~100nm范围内的材料

3.8

光密度;

oticaldensitOD

py

,()()。

在特定的光波长处透过样品的光强度与入射光强度的比值以为底的负对数

II10

0

:。,。

注光密度的缩写是OD如果已考虑了反射损失样品的光密度和吸光度等同

3.9

光漂白hotobleachin

pg

发光纳米材料中产生光致发光所必需的光辐照导致的荧光特征衰减或消失的现象。

:。

注光漂白的最终结果是量子效率随时间降低

3.10

光增亮hotobrihtenin

pgg

在恒定入射通量下量子点及其他发光纳米材料的发光强度在一段时间内逐渐增强的现象。

:。

注光增亮的最终结果是量子效率随时间升高

3.11国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

能量转换效率owerconversionefficienc

py

发射辐射与入射辐射光能的比值。

3.12

量子点uantumdot

q

因电子态量子限域效应表现出尺寸依赖性质的半导体纳米晶。

3.13

量子效率uantumefficienc

qy

发光纳米粒子的光子发射效率。

注1:量子效率又称量子产率。

:。,

注2发光纳米材料的量子效率是指发射光子数与吸收光子数之比在本部分中测得的量子效率是对发光纳米材

,。

料辐射到自由空间的光子的测量是外量子效率

3.14

相对量子效率relativeuantumefficienc

qy

相对于准确定值的标准物质测得的量子效率。

3.15

绝对量子效率absoluteuantumefficienc

qy

通过测量与发射光子数和吸收光子数成比例的数值得到的量子效率。

:。

注用来测定绝对量子效率的校准标准应可追溯到国家基准或国家标准

3.16

外量子效率externaluantumefficienc

qy

发光材料发射到自由空间的光子总数与材料吸收的光子数之比。

:,。

注在本部分中外量子效率等同于量子效率

2

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

3.17

内量子效率internaluantumefficienc

qy

()。

发光材料发射的光子总数无论光子是否发射到自由空间与该材料吸收的光子数之比

:,

注内量子效率与外量子效率的区别是内量子效率包含发光材料发射出的所有光子而外量子效率只包含发射到

自由空间的光子。

3.18

辐射能radiationener

gy

Q

以电磁波形式传递的能量。

:(),(·)。。

注辐射能的单位是焦也可用瓦秒表示个量子的辐射能即个光子的能量

JWs11

3.19

辐射通量radiantflux

Φ

单位时间内的辐射能。

:()。

注辐射通量的单位是瓦W

3.20

光谱辐射通量sectralradiantflux

p

(),。

在给定波长处单位波长间隔的辐射通量

λ

:,/,(/)。

注光谱辐射通量通常记为Φλ等于dΦdλ单位是瓦每纳米Wnm

3.21

标准物质;

referencematerialRM

一个或多个特性足够均匀且稳定的材料。

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:(),,

注有证标准物质CRM有证书该证书证明所达到的这些特性值可追溯到可实现的准确值每个值包括一个不确

定度说明和一个给定的置信水平。

4测试注意事项

4.1概述

,。

在执行本部分中描述的发光纳米材料量子效率的测量时宜实施良好的实验室管理规范尤其是

、,。

测量区宜清洁无污垢和碎片并清除能产生这些干扰的来源

4.2环境条件

()、。

测试仪器应安装在环境温度25±2℃相对湿度和气流稳定的区域因为空气流动的改变可对测

,、、。

量产生不利影响应避免处于加热通风空调风口或大风扇下面的位置环境温度应以一致的方式测

。,。

量并记录测试结果测量室温时温度传感器应避免任何来源的直接光辐射

,,。

此外因为杂散光可影响测量结果在所有的测量中宜使背景光保持尽可能低的水平

4.3光增亮和光漂白

,(),

当用高强度激发光源照射时发光纳米粒子既能呈现光增亮受辐照时材料的发射效率提高又能

()。(,

呈现光漂白受辐射时发射效率降低光漂白可能是可逆的一旦激发源从样品移除发光效率将恢复

),。。

到初始值也可能是不可逆的由物理损坏或材料降解造成的光漂白通常不可逆这两种现象能导致

,,。

测量效率的偏差故在测量过程中宜通过密切监视样品的光暴露历程消除或降低它们的影响宜考虑

()(

样品的激发功率在不牺牲信噪比的条件下使受辐照功率最小和样品暴露于激发源的时间在不牺牲

信噪比的条件下使受辐照时间最短)。

3

/—/:

GBT37664.12019IEC62607-3-12014

4.4激发波长小于380nm时污染物的发光

,、。

空气中的污染物如烟雾碳氢化合物和纤维毛绒能随着时间在积分球上累积这些污染物在紫外

()/。,

辐射<380nm下能够发出荧光从而造成激发信号和或发射信号的衰减此外涂敷在积分球表面

,。,

的高反射材料可呈现固有的发射这种发射不能通过清洁积分球除去且因为积分球内部的多重反射

。,,

荧光效应会放大因此在紫外光源激发下进行测量时表征积分球的荧光性质并作适当的修正非常重

。[,]。

要用于修正这些杂散光的步骤可参考文献34

4.5工业卫生

,、。,

目前一般纳米材料的环境效应健康效应和安全效应方面的信息有限因此暴露于纳米材料环

,。,

境对人体的影响是未知的目前相关国际暴露环境标准正在制定中宜遵循严谨的实验室操作方法在

。

有可用的资料前要尽可能减少暴露于纳米材料环境中宜参考可用的纳米材料安全操作的资料和

[]

5

建议。

5相对量子效率的测量

5.1概述

。,

利用具有良好特性的标准物质进行量子效率的相对测量由于相对测量方法的广泛使用大量的

[,,,]

6789

。,

文献中有相关仪器及其测量步骤的描述例如利用具有已知量子效率的荧光有机染料测量量

。[]。

子点胶体悬浮液的量子效率一些典型的标准物质的量子效率可参考文献10测试程序是先利用荧

。

光有机染料获得特定光谱区域内的校准曲线然后将测得样品的发射光谱与校准曲线比较得到其相对

。,

量子效率已知浓度的荧光染料标准物质的液相溶液可方便地配制这种方法通常适用于液相材料的

测量。国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

5.2仪器设备

5.2.1应配备的仪器设备

用于量子效率相对测量的仪器设备应包括:

———。,。

已知光程的标准荧光石英比色皿在以下的讨论中假设使用光程为10mm的比色皿若使

,。

用不同光程的比色皿可能需要对溶液体积作适当的调整

:,。,

注比色皿清洁不彻底会留下残留这可能对量子效率的测量有负面影响建议使用前清洗所有的比色皿确保测

量前比色皿中所有残留物质都被除去。

———()。

天平精度万分之一或以上

———微量进样器。

———[()]。

具有漫透射能力的分光光度计测量相应光谱区的吸收通常是紫外可见区该分

-UV-Vis

(),

光光度计的波长校准宜使用具有良好特征发射波长的光源如汞氩灯校准光源来验证每年

至少校准一次。

———()

能够在相应光谱区通常是UV-Vis区产生激发辐射并测量激发辐射和发射辐射的荧光分光

。[,,,,,]。

光度计荧光分光光度计的安装和校准信息可参考文献67891115典型的激发辐射

,()

是由单色光源产生且在单色仪的出口处有一个用于控制峰的半高宽FWHM的可调节狭

。