GB/T 37131-2018 纳米技术 半导体纳米粉体材料紫外-可见漫反射光谱的测试方法

ICS17.180

G10(3B

中华人民共和国国家标准

GB/T37131—2018

纳米技术半导体纳米粉体材料

紫外-可见漫反射光谱的测试方法

Nanotechnologies—Testmethodofsemiconductornanopowderusing

UV-Visdiffusereflectancespectroscopy

2018-12-28发布2018-12-28实施

发布

GB/T37131—2018

目次

前言in

引言w

1范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义1

4方法原理2

5仪器3

5.1紫外-可见分光光度计3

5.2积分球3

5.3样品池4

5.4参比白板4

5.5仪器校准4

6样品制备4

7测试方法4

7.1测试条件4

7.2测试步骤4

7.3主要影响因素5

8数据处理与结果分析5

9测试报告5

附录A（资料性附录）金红石型纳米氧化钛带隙宽度值的计算6

附录B（资料性附录）操作参数对纳米氧化锌紫外-可见漫反射光谱的影响8

附录C（资料性附录）测试报告11

参考文献12

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GB/T37131—2018

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本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准由中国科学院提出。

本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。

本标准起草单位：国家纳米科学中心、北京为康环保科技有限公司、广州特种承压设备检测研究院、

北京市理化分析测试中心、北京科技大学、北京粉体技术协会。

本标准主要起草人:朴玲锤、吴志娇、曹文斌、杨麟、高峡、常怀秋、刘文秀、尹宗杰、高原。

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GB/T37131—2018

引言

与传统的半导体材料相比，半导体纳米粉体材料呈现出特殊的光学和电学性质，具有优异的光电转

化特性，在新能源制备、环境保护、化丁、医药、航空和军事等领域均得到广泛应用。

紫外-可见漫反射光谱是研究半导体纳米粉体材料光学性质的重要表征手段，可用于带隙、色差分

析，表面吸附、粉体之间的反应，以及其他一些重要性质的研究。在半导体纳米粉体材料的紫外-可见漫

反射光谱中，特征漫反射峰位置与其带隙直接相关。带隙是半导体纳米粉体材料非常重要的物理特性，

直接影响材料的光学性质与应用领域及范围。结合紫外-可见漫反射光谱与库贝尔卡-蒙克(Kubclka-

Munk)方程可计算半导体纳米粉体材料的带隙。为满足我国科研与生产部门的需求，需要对该测试方

法进行规范与标准化。

N

GB/T37131—2018

纳米技术半导体纳米粉体材料

紫外■可见漫反射光谱的测试方法

1范围

本标准规定了半导体纳米粉体材料的紫外-可见漫反射光谱测试方法。

本标准适用于不透光半导体纳米粉体材料漫反射光谱的测试。

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。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。

F1232反射率测定仪校准规范

G178紫外、可见、近红外分光光度计检定规程

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

半导体semiconductor

电阻率介于导体与绝缘体之间，其范围为cm的一种固体物质。电流是由带

正电的空穴和带负电的电子的定向传输实现。

[GB/T14264—2009,定义3.218]

3.2

纳米粉体nanopowder

离散纳米颗粒的集合体。

注：改写自GB/T19619—2004,定义3.2.1.1。

3.3

漫反射diffusereflection

在宏观尺度上不存在规则反射时，由反射造成的弥散过程。

[F1032—2005,定义4.5]

3.4

反射率reflectivity

材料层的厚度达到其反射比不随厚度的增加而变化时的反射比，无量纲。

LF1032—2005,定义4.42]

3.5

积分球integratingsphere

作为辐射计、光度计或光谱光度计的部件使用的中空球，其内表面覆以在使用光谱区几乎没有光谱

选择性的漫反射材料。

[F1032—2005,定义3.52]

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GB/T37131—2018

3.6

参比白板referenceofwhitetitle

反射比高、光谱选择性小的近似各向同性漫反射体。

3.7

禁带宽度energygap

带隙bandgap

半导体中电子两相邻允许基本能带相隔的能量范围。

注1：通常半导体材料禁带宽度是指价带顶到导带底的间隔值，常用符号Fg或电表示，单位为电子伏特(eV)。

注2：改写自SJ/T11067—1996,定义2.1。

3.8

紫外-可见漫反射光谱UV-Visdiffusereflectancespectroscopy；UV-VisDRS

物质分子吸收波长范围为200nm-800nm的电磁辐射，其价电子由基态跃迁至激发态，产生特征

吸收，以漫反射方式获得的吸收光谱。

4方法原理

半导体纳米材料吸收紫外-可见光波段的能量，其价带电子由价带顶跃迁至导带底，产生吸收，形成

半导体纳米粉体材料的紫外-可见漫反射光谱’由该光谱可获得材料的吸收波长信息，并可通过库贝尔

卡-蒙克方程计算材料的带隙。

在紫外-可见漫反射光谱中，漫反射满足库贝尔卡-蒙克方程，这个方程应用于无限厚不透明物质

时，表示为式(1):

(1—尺丿K

F(RQ=~2RZ~=S*(1)

式中：

——层厚为无穷大时的绝对反射率，以百分数表示；

K——吸收系数，主要取决于漫反射体的化学组成；

S——散射系数，主要取决于漫反射体的物理特性。

半导体纳米粉体材料的吸收边与F(RJ之间的关系为式(2)：

［局=A(/e_Eg)(2)

式中：

hv光子能量，单位为电子伏特(eV