CN107367501A - 一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备,设备包括:暗室、真空系统、电极系统、单色仪、光电计算器、PD传感器、高压电源、示波器、计算机、样品室以及石英玻璃观察窗;通过外部分别施加交、直流电压作用,激发材料产生电致发光,利用采集电致发光光信号强度及光谱信息,能够对载流子在材料表面及内部的注入、抽出以及复合等过程进行研究,该研究有助于揭露电介质材料电老化机理,并且能够为新材料的抗老化研究提供重要手段。
Description
技术领域
本发明涉及电致发光测试领域,特别是一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备。
背景技术
电致发光(Electroluminescence-EL)是聚合物受电激发后,发生于其表现或内部电子转移过程中,将电能直接转换成光能的现象。电致发光常常被用于研究材料表面或内部陷阱特性,电荷存贮能力和输运特性,以及聚合物的结构转变和分子运动的重要工具。电致发光包含激发、能量传输和复合发光三个主要过程。当材料处于一定的电场分布下,材料内部载流子的速度及能量的分布将发生变化,包括:载流子注入(电子和空穴分别从阴极和阳极注入)、载流子传输(注入的电子和空穴在有机层内传输)、载流子复合与激子形成(迁移的电子和空穴相遇复合形成激子)、激子迁移,以及激子衰减过程,以上这些行为都可以通过其电致发光强度及光谱特性来进行表征。
现有电致发光测量设备,主要用于研究不同聚合物电致发光性能,通过外施电压作用在材料表面,基于材料内部载流子跃迁形成光子发射,来探究材料发光特性。然而,其并无法揭露电场作用下载流子在材料表面及内部的注入、抽出以及复合等过程,而该过程对于绝缘材料运行在特定场强下的老化性能及绝缘稳定性至关重要。本发明能够通过电致发光测量的方法,分别施加直流及交流电压作用,对作用下载流子在材料表面及内部的注入、抽出以及复合等过程提供研究手段。
发明内容
本申请提供一种高场表面陷阱评估系统,以解决现有的陷阱能级测量设备对于厚度偏厚的不易裁剪材料而言,通常仅能够得到低场下的陷阱能级分布,无法获悉其陷阱特性在高场下的变化规律的问题。
本申请实施例提供一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备,所述设备包括:
暗室、真空系统、电极系统、单色仪、光电计算器、PD传感器、高压电源、示波器、计算机、样品室以及石英玻璃观察窗;
所述真空系统、所述单色仪、所述光电计算器、所述PD传感器以及所述样品室设置于所述暗室的内部;所述高压电源、所述示波器以及所述计算机设置于所述暗室的外部;
所述电极系统设置于所述样品室内部,所述真空系统与所述样品室连通,所述电极系统上设置有用于放置样品的试样槽;
所述石英玻璃观察窗设置于所述样品室的侧壁,所述单色仪设置于所述样品室的一侧,所述单色仪与所述石英玻璃观察窗相对设置;
所述光电计算器的一端与所述单色仪连接,所述光电计算器的另一端与所述计算机连接;
所述PD传感器的一端与所述样品室的连接,所述PD传感器的另一端与所述示波器连接,所述示波器与所述计算机连接;
所述样品室内设置有高压引线,所述高压引线一端与所述电极系统连接,另一端伸出于所述样品室的外部与所述高压电源连接。
可选的,所述真空系统的真空度为1×10-5Pa~1×10-3Pa。
可选的,所述光电计算器包括光电倍增管和光子计数器。
可选的,所述样品与所述样品室内壁之间的距离小于3cm。
可选的,所述单色仪的测量范围与所述光电计算器相适应,所述单色仪的测量范围为300nm~800nm,所述单色仪的分辨率小于5nm,所述单色仪的重复误差小于1nm。
可选的,所述光电计算器的暗噪声均值小于20cps,最小测量值小于3×10-17W。
可选的,所述高压引线伸出于所述样品室的部分外围设置有高压套管。
可选的,所述高压引线与所述高压电源之间串接有保护电阻。
可选的,所述PD传感器为光电集成电场传感器。
可选的,所述样品室的耐受极限真空度为10-5Pa,工作真空度为1×10-4Pa。
由以上技术方案可知,本申请实施例提供的一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备,设备包括:暗室、真空系统、电极系统、单色仪、光电计算器、PD传感器、高压电源、示波器、计算机、样品室以及石英玻璃观察窗;真空系统、单色仪、光电计算器、PD传感器以及样品室设置于暗室的内部;高压电源、示波器以及计算机设置于暗室的外部;电极系统设置于样品室内部,真空系统与样品室连通,电极系统上设置有用于放置样品的试样槽;石英玻璃观察窗设置于样品室的侧壁,单色仪设置于样品室的一侧,单色仪与石英玻璃观察窗相对设置;光电计算器的一端与单色仪连接,光电计算器的另一端与计算机连接;PD传感器的一端与样品室的连接,PD传感器的另一端与示波器连接,示波器与计算机连接;样品室内设置有高压引线,高压引线一端与电极系统连接,另一端伸出于样品室的外部与高压电源连接;通过外部分别施加交、直流电压作用,激发材料产生电致发光,利用采集电致发光光信号强度及光谱信息,能够对载流子在材料表面及内部的注入、抽出以及复合等过程进行研究,该研究有助于揭露电介质材料电老化机理,并且能够为新材料的抗老化研究提供重要手段。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备的原理图。
图示说明:
1-暗室;2-真空系统;3-电极系统;4-单色仪;5-光电计算器;6-PD传感器;7-高压电源;8-示波器;9-计算机;10-样品室;11-石英玻璃观察窗;12-保护电阻;13-高压套管;14-高压引线;31-试样槽;100-样品。
具体实施方式
请参阅图1和图2,本申请实施例提供一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备,所述设备包括:暗室1、真空系统2、电极系统3、单色仪4、光电计算器5、PD传感器6、高压电源7、示波器8、计算机9、样品室10以及石英玻璃观察窗11。
其中,所述真空系统2、所述单色仪4、所述光电计算器5、所述PD传感器6以及所述样品室10设置于所述暗室1的内部。所述高压电源7、所述示波器8以及所述计算机9设置于所述暗室1的外部。
所述电极系统3设置于所述样品室10内部,所述真空系统2与所述样品室10连通,所述电极系统3上设置有用于放置样品100的试样槽31。在本实施例中,样品100制作成平板状,放置于电极系统3的试样槽31中。
所述石英玻璃观察窗11设置于所述样品室10的侧壁,所述单色仪4设置于所述样品室10的一侧,所述单色仪4与所述石英玻璃观察窗11相对设置。
所述光电计算器5的一端与所述单色仪4连接,所述光电计算器5的另一端与所述计算机9连接。
所述PD传感器6的一端与所述样品室10的连接,所述PD传感器6的另一端与所述示波器8连接,所述示波器8与所述计算机9连接。
所述样品室10内设置有高压引线14,所述高压引线14一端与所述电极系统3连接,另一端伸出于所述样品室10的外部与所述高压电源7连接。
在本实施例中,所述真空系统2的真空度为1×10-5Pa~1×10-3Pa。
所述光电计算器5包括光电倍增管和光子计数器。
所述样品100与所述样品室10内壁之间的距离小于3cm。
所述单色仪4的测量范围与所述光电计算器5相适应,所述单色仪4的测量范围为300nm~800nm,所述单色仪4的分辨率小于5nm,所述单色仪4的重复误差小于1nm。
所述光电计算器5的暗噪声均值小于20cps,最小测量值小于3×10-17W。
所述高压引线14伸出于所述样品室10的部分外围设置有高压套管13。
所述高压引线14与所述高压电源7之间串接有保护电阻12。
所述PD传感器6为光电集成电场传感器。
本发明提供的基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备的工作过程如下:
首先,待测样品100需要制作成平板状,之后放置于电极系统3试样槽31中,电极系统3和样品100一同置于样品室10中。样品室10应兼顾安装、光路和体积诸因素的要求,从快速获得真空度的角度考虑,样品室10的体积应尽量小,但由于样品室10内包含高压引线14,这又要求样品100与样品室10之间距离不能超过3cm。样品室10内采用抽真空方式提高光子运行过程中的衰减,以及提高放电的初始电压,样品室10耐受极限真空度为10-5Pa,工作真空度为1×10-4Pa。样品100放置好以后,在交流电压作用下激发的单光子信号通过样品室10中安装的石英玻璃观察窗11,通过单色仪4后,被光电计算器5的光子计数探头捕获,并通过光电计算器5将处理后的信号传入计算机9。
电致发光是极其微弱的信号,在交流和直流电压下能够激发不同的发光属性。当外部施加交流电源7时,通过对发光信号分析,能够判断绝缘材料内部载流子注入和抽出的属性,也就能够进一步获悉材料内部陷阱深浅及密度,当外部施加直流电压过程,能够在发光稳定后获悉内部载流子复合强度,从而得到材料内部载流子迁移形式及复合速率。
由以上技术方案可知,本申请实施例提供的一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备,包括:暗室1、真空系统2、电极系统3、单色仪4、光电计算器5、PD传感器6、高压电源7、示波器8、计算机9、样品室10以及石英玻璃观察窗11;真空系统2、单色仪4、光电计算器5、PD传感器6以及样品室10设置于暗室1的内部;高压电源7、示波器8以及计算机9设置于暗室1的外部;电极系统3设置于样品室10内部,真空系统2与样品室10连通,电极系统3上设置有用于放置样品100的试样槽31;石英玻璃观察窗11设置于样品室10的侧壁,单色仪4设置于样品室10的一侧,单色仪4与石英玻璃观察窗11相对设置;光电计算器5的一端与单色仪4连接,光电计算器5的另一端与计算机9连接;PD传感器6的一端与样品室10的连接,PD传感器6的另一端与示波器8连接,示波器8与计算机9连接;样品室10内设置有高压引线14,高压引线14一端与电极系统3连接,另一端伸出于样品室10的外部与高压电源7连接;通过外部分别施加交、直流电压作用,激发材料产生电致发光,利用采集电致发光光信号强度及光谱信息,能够对载流子在材料表面及内部的注入、抽出以及复合等过程进行研究,该研究有助于揭露电介质材料电老化机理,并且能够为新材料的抗老化研究提供重要手段。
以上的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (10)
1.一种基于电致发光的电荷行为实时观测评估设备,其特征在于,所述设备包括:
暗室(1)、真空系统(2)、电极系统(3)、单色仪(4)、光电计算器(5)、PD传感器(6)、高压电源(7)、示波器(8)、计算机(9)、样品室(10)以及石英玻璃观察窗(11);
所述真空系统(2)、所述单色仪(4)、所述光电计算器(5)、所述PD传感器(6)以及所述样品室(10)设置于所述暗室(1)的内部;所述高压电源(7)、所述示波器(8)以及所述计算机(9)设置于所述暗室(1)的外部;
所述电极系统(3)设置于所述样品室(10)内部,所述真空系统(2)与所述样品室(10)连通,所述电极系统(3)上设置有用于放置样品(100)的试样槽(31);
所述石英玻璃观察窗(11)设置于所述样品室(10)的侧壁,所述单色仪(4)设置于所述样品室(10)的一侧,所述单色仪(4)与所述石英玻璃观察窗(11)相对设置;
所述光电计算器(5)的一端与所述单色仪(4)连接,所述光电计算器(5)的另一端与所述计算机(9)连接;
所述PD传感器(6)的一端与所述样品室(10)的连接,所述PD传感器(6)的另一端与所述示波器(8)连接,所述示波器(8)与所述计算机(9)连接;
所述样品室(10)内设置有高压引线(14),所述高压引线(14)一端与所述电极系统(3)连接,另一端伸出于所述样品室(10)的外部与所述高压电源(7)连接。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述真空系统(2)的真空度为1×10-5Pa~1×10-3Pa。
3.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述光电计算器(5)包括光电倍增管和光子计数器。
4.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述样品(100)与所述样品室(10)内壁之间的距离小于3cm。
5.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述单色仪(4)的测量范围与所述光电计算器(5)相适应,所述单色仪(4)的测量范围为300nm~800nm,所述单色仪(4)的分辨率小于5nm,所述单色仪(4)的重复误差小于1nm。
6.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述光电计算器(5)的暗噪声均值小于20cps,最小测量值小于3×10-17W。
7.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述高压引线(14)伸出于所述样品室(10)的部分外围设置有高压套管(13)。
8.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述高压引线(14)与所述高压电源(7)之间串接有保护电阻(12)。
9.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述PD传感器(6)为光电集成电场传感器。
10.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述样品室(10)的耐受极限真空度为10-5Pa,工作真空度为1×10-4Pa。
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CN111239506A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 西安交通大学 | 一种场致发光电场传感器 |
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