簡介
量子點，又稱半導體納米晶，是導帶電子、價帶空穴及激子在三個空間方向上受束縛的半導體納米結構，其三維尺寸通常在2-10nm范圍內，呈近似球形，市場上使用的量子點材料多為核殼結構。
量子點：具備廣闊應用領域的新材料
量子點具有激發(fā)光譜寬、發(fā)射光譜窄、熒光效率高、生物兼容性好等優(yōu)良的光學特性。利用量子點獨特的納米特性，量子點材料可廣泛應用于發(fā)光器件、太陽能電池、催化、生物標記和生物醫(yī)學等領域的基礎研究和應用開發(fā)。
量子點發(fā)光特性表征方案
—— 光致發(fā)光的量子效率計算
背景
光致發(fā)光 (photoluminescence) 即 PL，是用紫外、可見或紅外輻射激發(fā)發(fā)光材料而產生的發(fā)光，在半導體材料的發(fā)光特性測量應用中通常是用激光（波長如 325nm、532nm、785nm 等）激發(fā)材料（如 GaN、 ZnO、GaAs 等）產生熒光，通過對其熒光光譜（即 PL 譜）的測量，分析該材料的光學特性，如禁帶寬度等。光致發(fā)光可以提供有關材料的結構、成分及環(huán)境原子排列的信息，是一種非破壞性的、高靈敏度的分析方法，因而在物理學、材料科學、化學及分子生物學等相關領域被廣泛應用。
原理
光致發(fā)光（Photoluminescence簡稱PL），是指物體在受到外界光源照射時，獲得能量，受激發(fā)光的現(xiàn)象。也指物質吸收光子（或電磁波）后重新輻射出光子(或電磁波)的過程。
在量子力學理論中，這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發(fā)態(tài)后返回低能態(tài)，同時放出光子的過程。光致熒光發(fā)光是多種形式的熒光（Fluorescence）中的一種。
熒光產生的過程
熒光量子效率
在現(xiàn)階段光致發(fā)光材料的研究中，計算熒光量子效率非常重要，這是反映光致發(fā)光材料發(fā)光能力的重要指標。
熒光量子效率又稱熒光量子產額(quantum yield of fluorescence)或熒光效率。一般情況下，熒光量子效率、熒光量子產額與熒光效率描述等價。他們均指單位時間(秒)內，發(fā)射二次輻射熒光的光子數(shù)與吸收激發(fā)光初級輻射光子數(shù)的比值，用來描述熒光材料發(fā)光能力，可以使用下列公式表達：
其中外量子效率是直接測量對象，內量子效率很難測，一般通過出光率進行推算。
測試方法
現(xiàn)有的測定熒光外量子效率的方法有比較測量法、量熱式測量法、直接光學測量法；［1－3］
比較測量法需要一個與待測粉體光學特性相近且量子效率已知的弱吸收標準粉體作參考；量熱式測量法需要知道粉體的吸收曲線，并且對光源性能、熱敏探頭靈敏度、儀器隔熱性能要求都很高，而熒光粉是高吸收粉體，且吸收曲線不易測定；
國外通用的直接光學測量法是對激發(fā)前后光譜進行直接測量的方法，可以采用分布光度計或帶積分球的光譜儀測量。分布光度計需要大的暗室、高精度位移控設備，價格昂貴，全空間測量耗時太長[4], 而基于積分球和光譜儀的直接光學測量系統(tǒng)測試原理簡單，設備簡易，測試方便、快捷，下面我們就以積分球測量的方法做一個簡單介紹。
經典三步測量法（整積分球測量方案）
1. 積分球測量原理：
測試搭建好后，按照下列步驟進行操作。（有時也可以將樣品放置在球壁開口處，測量步驟與放在球中心相同）
第一步，不放樣品，激光直射入球內；
第二步，樣品置于積分球中心稍偏離入射光位置；
第三步，樣品置于積分球中心。
示意圖如下：
將測試數(shù)據(jù)，按照下列公式進行計算
積分球半球法
● 半球法測試方案原理如下：
● 半球法的優(yōu)勢（與整個積分球測量方式對比）：
1. 量子效率測量更高效快速；
2. 樣品安裝方便，易添加附屬的供電或溫控模塊。
● 缺點：平面鏡反光涂層與積分球內漫反射材料光學特性不一致，且半球價格相對較高
● 典型搭建推薦
Quantum yield measurement system by Hemi Sphere system, and evaluation by Standard sample
● 根據(jù)積分球測試方法，我們可以簡單歸納為以下步驟：
海洋光學搭建推薦
海洋配置：
1. 探測器： 光譜儀-高靈敏度低雜散光 (FLAME,MAYA,QE, NIRQUEST系列）
2. 單色光源（LED ,Laser, 氙燈+單色儀 ）
3. 濾光片（LFV長通/低通濾光片）
4. 光纖（QP400-025-SR）
5. 軟件（OCEANVIEW）
6. 積分球
7. 樣品支架：可調角度和高度、分類設計（液體、粉末、薄膜）、帶漫反射底板
海洋光學方案優(yōu)勢
1. 光譜儀體積小巧，易于搬運和操作；
2. 設備操作簡單，無需經常校準；
3. 測試系統(tǒng)可實現(xiàn)原位測量，測試樣品無需從手套箱取出；
4. 解決方案完善，數(shù)據(jù)可信賴，可提供參考方案。
參考文獻：
[1］Tregellas-Williams J.Review of the measurement of the quantum efficiency of inorganic phosphors [J]. J. Electrochemical Society, 1958, 105 (3): 175-178.
[2] Demsas J N, Crosby GA. The measurement of photoluminescence quantum yields [J]. 1AReview2J. Physical Chemistry, 1971, 75 (8): 992-993.
[3] Porres L, Holland A, Monkman AP, et.al. Absolute measurements of photoluminescence quantum yields of solutions using an integrating sphere [J]. J Fluorescence, 2006, 16 (2): 267-272.
[4] Ohno Y.Detector-based luminous-flux calibration using the absolute integrating-sphere method [J]. Metrologia, 1998, 35: 473-478