光致發(fā)光光譜實驗技術(shù)通過激發(fā)材料中的電子?激子或其他載流子?并分析其發(fā)射的光譜?以研究材料的光電性質(zhì)?此類實驗通常采用激光或其他光源照射樣品?當(dāng)激發(fā)光子的能量大于材料的帶隙能量時?材料中的載流子被激發(fā)?并隨后發(fā)射出光子?通過冷熱臺分析這些發(fā)射光子的能量和強度?可獲取關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)?能帶結(jié)構(gòu)?缺陷?激子特性和載流子動力學(xué)等信息[1]?在變溫下進(jìn)行光致發(fā)光光譜測試具有以下幾個優(yōu)勢：
1. 溫度依賴性研究￤有助于揭示材料的光電性能隨溫度變化的規(guī)律?以及材料的溫度依賴性質(zhì)?
2. 相變和結(jié)構(gòu)變化￤溫度變化可能導(dǎo)致材料的相變或結(jié)構(gòu)變化?通過在不同溫度下進(jìn)行光致發(fā)光光譜測試?可觀察這些變化對材料光電性能的影響?
3. 應(yīng)用環(huán)境模擬￤對于某些實際應(yīng)用場景下的材料?如高溫或低溫環(huán)境?變溫測試可以模擬這些環(huán)境條件?評估材料在不同溫度下的性能表現(xiàn)?
4. 動力學(xué)行為研究￤溫度變化可能影響載流子的輸運和復(fù)合動力學(xué)行為?通過變溫測試?可研究這些動力學(xué)過程在不同溫度下的變化規(guī)律?
變溫的光致發(fā)光光譜在多個領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，主要包括：
材料科學(xué)與表征￤在材料科學(xué)領(lǐng)域?該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于研究和表征各種材料的光電性能?包括半導(dǎo)體材料?光電功能材料?納米材料等?
光電子器件研發(fā)￤在光電子器件的研發(fā)過程中?可評估器件的性能穩(wěn)定性和溫度依賴性?
半導(dǎo)體物理與器件工程￤研究半導(dǎo)體材料的載流子動力學(xué)行為?能帶結(jié)構(gòu)?缺陷特性等?
能源材料研究￤評估材料的光電轉(zhuǎn)換效率?載流子輸運性能等關(guān)鍵參數(shù)?
生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用￤研究生物材料的熒光性質(zhì)和光生物學(xué)過程?總之?變溫的光致發(fā)光光譜在材料科學(xué)?光電子學(xué)?能源領(lǐng)域以及生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值?為研究人員提供了深入了解材料光電性能和光物理過程的有效工具?
以藍(lán)色聚合物發(fā)光二極管在變溫環(huán)境下的發(fā)光特性研究為例?聚合物發(fā)光二極管（PLED）在過去的二十年里受到了眾多學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注?被認(rèn)為是理想的下一代顯示技術(shù)?PLED具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)特性?以及低成本制造的優(yōu)勢?目前?綠色和紅色PLED的效率和壽命已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)化要求?但藍(lán)色PLED仍存在許多障礙[2]?藍(lán)色PLED的主要問題是藍(lán)色發(fā)光材料的電荷注入不夠?導(dǎo)致高工作電壓?低效率和亮度。為了克服這一根本障礙?需要對藍(lán)色PLED的多層器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計?通過界面工程來改善電極性能?以提高效率?但是?這一方法不容易實現(xiàn)?因為相鄰有機層之間的互溶性和混合性在涂布過程中可能會產(chǎn)生?這會限制藍(lán)色器件效率和穩(wěn)定性的提高?并增加工業(yè)化的復(fù)雜性?
Liu等人[3]提出了一種新的多層器件結(jié)構(gòu)和界面工程方法?以解決藍(lán)色PLEDs中的電荷注入問題?這種方法不僅提高了器件的性能?還為未來藍(lán)色PLEDs的發(fā)展提供了新的思路?并通過在變溫下測試了材料的光致發(fā)光光譜?證明其具有良好的溫度穩(wěn)定性?如圖1所示?結(jié)果表明?熱自交聯(lián)發(fā)射體與未接枝交聯(lián)單元的對應(yīng)物相比具有更好的發(fā)光穩(wěn)定性?自交聯(lián)的藍(lán)色PLED具有非常高的外部量子效率（EQE）為4.29%?最大亮度為7491 cd/m2?這是迄今為止在自交聯(lián)藍(lán)色熒光聚合物領(lǐng)域中報道的最高效率和強度?其中?隨著溫度的升高?PFCT對照膜熒光峰的位置幾乎不受影響?而強度顯著降低?表明分子的熱振動增加?非輻射躍遷速率相應(yīng)增加；對于可交聯(lián)PFCTV20膜?隨著溫度的升高熒光強度變化很小?，賦予它實現(xiàn)高效?穩(wěn)定的藍(lán)色PLEDs的巨大潛力?
圖1 鄰二甲苯?jīng)_洗后熱交聯(lián)的PFCTV20膜的耐溶劑曲線
及 PFCT和PFCTV20膜的溫度依賴性的光致發(fā)光光譜
為實現(xiàn)低溫/變溫場景的測試?武漢光谷薄膜技術(shù)可提供全套解決方案?通過冷熱臺（HCS-1L）和光致發(fā)光光譜儀的光路匹配設(shè)計?保持原有光學(xué)測試的完整性?又實現(xiàn)樣品在78-800K的可控范圍內(nèi)?
冷熱臺（HCS-1L）是能夠提供很好的溫度梯度和高穩(wěn)定性的溫度場?具有78--800K的寬溫度范圍?0.1K的高精度控溫等特性?并可以為客戶設(shè)計定制化樣品臺?匹配客戶檢測設(shè)備?可實現(xiàn)在低溫下或變溫下電學(xué)?磁學(xué)?電磁學(xué)?光學(xué)?光電學(xué)?熱力學(xué)?力學(xué)?聲學(xué)等性能測試?
[1] Li L, Li P, Wen Y, et al. Temperature dependences of photoluminescence and electroluminescence spectra in light-emitting diodes[J]. Applied Physics Letters, 2009, 94(26).
[2] Niu Y H, Liu M S, Ka J W, et al. Crosslinkable hole-transport layer on conducting polymer for high-efficiency white polymer light-emitting diodes[J]. Advanced Materials, 2007, 19(2): 300-304.
[3] Liu A, Liu Z, Lin H, et al. Novel thermally self-crosslinkable diarylfluorene-based copolymers for efficient and stable blue light-emitting diodes[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2020, 8(27): 9303-9312.
