基于移動平臺的發光材料性能測試裝置的制造方法
【專利摘要】基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，涉及發光材料的性能測試。包括激發光源、光譜儀和積分球，所述積分球內部設有樣品臺和移動平臺，所述樣品臺用于放置待測樣品，所述移動平臺能夠帶動所述樣品臺進行移動；所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置還包括顯微鏡和控制器；所述積分球上開設有開孔，工作時，所述顯微鏡的物鏡通過所述開孔伸入到所述積分球內部，用于觀察放置在所述積分球中的待測樣品；所述控制器分別與所述激發光源、移動平臺、光譜儀和顯微鏡電連接，用于控制所述激發光源、移動平臺、光譜儀和顯微鏡的動作。可實現單個顆粒熒光粉的發光性能的測試。
【專利說明】
基于移動平臺的發光材料性能測試裝置
技術領域
[0001]本發明涉及發光材料的性能測試，特別是涉及一種基于移動平臺的發光材料性能測試裝置。
【背景技術】
[0002]發光材料是一類能實現光轉換的材料，可分為有機發光材料和無機發光材料。其中無機發光材料(不含量子點發光材料)多數呈現粉末狀，是由一顆顆的固體發光顆粒組成。這些顆粒任意維度尺寸從幾十納米到幾十微米不等(Vinay Kumar,Shreyas S.Pitale,VarunMishra,1.M.Nagpure,M.M.Biggs,0.M.Ntwaeaborwa and H.C.Swart.Journal ofAlloys and Compounds，492(2010)，L8_L12;Zhen Song,Jing Liao,Xianlin Ding，Xiaolang Liu and Quanlin Liu.Synthesis of YAG phosphor particles withexcellent morphology by solid state react1n，Journal of Crystal Growth,365(2013)，24-28)。
[0003]通過相關的發光性能測量才能具體了解發光材料的性能。傳統無機發光材料的發光性能測量都是通過測量宏觀體量(大量發光顆粒的堆積體)的熒光粉的發光實現(中國專利公開號:CN103323438A)。如將宏觀體量熒光粉放置在光譜儀的樣品室內，通過設置儀器參數，光源中發出的特定波長的光照射到熒光粉表面，熒光粉在光的激發下發光，發出的光通過光譜儀探測器的收集和數據處理，測試出熒光粉的光致發光性能。當然通過加熱宏觀體量熒光粉或將其放入積分球，就能測量出宏觀體量熒光粉的發光性質隨溫度的變化(熱淬滅)和量子效率。
[0004]由于傳統的發光材料測量技術都是測量宏觀體量熒光粉的發光，測量數據實際上是基于對大數量發光顆粒發光行為統計的結果，因此對于組成宏觀體量熒光粉的單顆發光微粒的發光行為并不清楚;特別是當熒光粉由多種不同發光物質組成時(Kang Sik Choi,Soon Duk Jee, Jung Pyo Lee and Chang Hae Kim.Journal of Nanoscience andNanotechnology，13(2013)，1867-1870)，傳統的發光材料測量技術所測量得到的發光性質是多種不同發光物質發光性質的組合，而無法直接確定每種發光物質的自身的發光性質。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供能夠直接測量單個固體粉末顆粒的光致發光性質、熱淬滅性質和量子效率等發光性能的一種基于移動平臺的發光材料性能測試裝置。
[0006]本發明包括激發光源、光譜儀、積分球、顯微鏡和控制器;所述積分球內部設有樣品臺和移動平臺，所述樣品臺用于放置待測樣品，所述移動平臺用于帶動所述樣品臺進行移動；
[0007]所述積分球上設有開孔，工作時，所述顯微鏡的物鏡通過開孔伸入到積分球內部，用于觀察放置在所述積分球中的待測樣品；
[0008]所述控制器分別與激發光源、移動平臺、光譜儀和顯微鏡電連接，用于控制激發光源、移動平臺、光譜儀和顯微鏡的動作。
[0009]所述顯微鏡可采用體式顯微鏡，所述體式顯微鏡能夠分辨任意維度的尺寸不小于I OOnm的顆粒。
[0010]所述移動平臺可采用全向移動平臺，所述全向移動平臺能夠帶動所述樣品臺進行全方位移動。
[0011 ]所述全向移動平臺包括第一電控平臺、第二電控平臺和第三電控平臺；
[0012]所述第一電控平臺能夠帶動所述樣品臺繞其中心軸進行360°旋轉，所述第二電控平臺能夠帶動樣品臺沿X-Y方向水平移動，所述第三電控平臺能夠帶動樣品臺沿Z軸方向豎直移動。
[0013]所述第一電控平臺的最小旋轉角度可小于等于0.5°，所述第二電控平臺和第三電控平臺的最小移動距離可小于等于?μπι。
[0014]所述開孔處設有密封組件，當所述顯微鏡的物鏡伸入到積分球內部時，所述密封組件將所述物鏡與積分球之間的間隙密封。
[0015]所述積分球內部可設有加熱裝置，所述加熱裝置與控制器電連接，所述加熱裝置用于加熱樣品臺上的待測樣品。
[0016]所述積分球內部可設有輔助光源，所述輔助光源與控制器電連接。
[0017]本發明還可包括第一傳導光纖、第二傳導光纖和第三傳導光纖；
[0018]所述積分球內部還可設有光纖固定裝置;所述第一傳導光纖的一端連接光纖固定裝置，第一傳導光纖的另一端連接光譜儀，所述第二傳導光纖的一端連接光纖固定裝置，第二傳導光纖的另一端連接激發光源；
[0019]所述積分球的內側壁上可設有擋光板，所述第三傳導光纖的一端連接所述擋光板，第三傳導光纖的另一端連接所述光譜儀。
[0020]所述光纖固定裝置上可設有位置傳感器，所述位置傳感器與控制器電連接。
[0021 ]本發明具有如下有益效果:
[0022]本發明增設有顯微鏡和移動平臺，在進行測試時，可通過顯微鏡來觀察積分球中的待測樣品，通過移動平臺來移動待測樣品，從而能夠有針對性地對某一位置的固體粉末顆粒進行測試，實現單個顆粒熒光粉的發光性能的測試，對于由多種不同物質組成的熒光粉固體粉末顆粒，可以直接測量每種熒光粉固體粉末顆粒自身的發光性質；同時，本發明功能齊全，不但能夠測試單個固體粉末顆粒的光致發光性質，還能夠測試單個固體粉末顆粒的發光性質隨溫度的變化以及單個固體粉末顆粒的量子效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例的結構組成示意圖；
[0024]圖2為實施例1中某一熒光粉顆粒的光致發光圖譜；
[0025]圖3為實施例2中某一熒光粉顆粒的量子效率圖譜；
[0026]圖4為實施例3中某一熒光粉顆粒的熱淬滅光譜圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下實施例結合附圖對本發明進行進一步的說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0028]本發明實施例主要用于測試固體粉末顆粒的發光性能，尤其適用于粒徑大于等于10nm的固體粉末顆粒的發光性能。如圖1所示，本發明實施例包括激發光源05、光譜儀03和積分球16，作為一種可實施方式，激發光源05可以為氙燈、激光器或LED光源;光譜儀03的測量波長范圍大于等于200nm，小于等于1500nmo
[0029]其中，積分球16內部設有樣品臺11和移動平臺，樣品臺11用于放置待測樣品，移動平臺能夠帶動樣品臺11進行移動，作為一種可實施方式，移動平臺水平設置在積分球16內部，并位于樣品臺11的下方。較佳地，樣品臺11上設有用于盛放待測樣品的凹槽。
[0030]本發明還包括顯微鏡07和控制器01，積分球16上設有開孔，工作時，顯微鏡07的物鏡通過開孔伸入到積分球16內部，用于觀察放置在積分球16中的待測樣品。較佳地，物鏡的大小和積分球16上開孔的大小相匹配;且開孔通常設置在積分球的頂部，工作時，物鏡的鏡頭與樣品臺11上的樣品相對。
[0031]本發明中的顯微鏡07能夠分辨任意維度的尺寸不小于10nm的單個顆粒，較佳的，作為一種可實施方式，本發明中的顯微鏡07為體式顯微鏡，其具有較高的分辨率，能夠保證實現對單個顆粒的發光性能測試。當待測樣品包含兩種以上的顆粒時，可先測試其中一種固體粉末顆粒的發光性能，然后通過顯微鏡07的觀測對移動平臺進行調整，進而測試另外一種固體粉末顆粒的發光性能。
[0032]此外，本發明還包括控制器01，控制器01分別與激發光源05、移動平臺、光譜儀03和顯微鏡07電連接，用于控制激發光源05、移動平臺、光譜儀03和顯微鏡07的動作。同時，控制器01還能夠接收各部件返回的數據并進行解析。
[0033]作為一種可實施方式，本發明中的移動平臺為全向移動平臺，能夠帶動樣品臺11進行全方位移動。全向移動平臺保證了顆粒測試的全面性，尤其是當待測樣品包含的種類較多時，能夠通過全向移動平臺來移動待測樣品的位置，保證能夠測試到每種顆粒的性能。
[0034]較佳地，全向移動平臺包括第一電控平臺15、第二電控平臺14和第三電控平臺13;其中，第一電控平臺15能夠帶動樣品臺11繞樣品臺11中心軸進行360°旋轉，第二電控平臺14能夠帶動樣品臺11沿X-Y方向水平移動，第三電控平臺13能夠帶動樣品臺11沿Z軸方向豎直移動。其中，第一電控平臺15、第二電控平臺14和第三電控平臺13分別與控制器01電連接，能夠相互獨立帶動樣品臺11進行動作。
[0035]第一電控平臺15的最小旋轉角度小于等于0.5°，第二電控平臺14和第三電控平臺13的最小移動距尚小于等于I微米。$父尚的精度能夠提升測試的精確性。
[0036]為了進一步增加測試的精確性，防止在測試過程中發生漏光等現象，本發明中，積分球16的開孔處設有密封組件，當顯微鏡07的物鏡深入到積分球16內部時，密封組件能夠將物鏡與積分球16之間的間隙密封。
[0037]在測量待測樣品的熱淬滅性質時，通常要改變待測樣品的溫度，因此，作為一種可實施方式，積分球16的內部還設有用于加熱樣品臺11上的待測樣品的加熱裝置12，該加熱裝置12與控制器01電連接，在控制器01的控制下進行動作。其中，加熱裝置12可為加熱板，并設置在樣品臺11的正下方，可以將待測樣品從室溫連續加熱到300°C。
[0038]由于在工作過程中，積分球16處于密封狀態，為了便于顯微鏡07的觀測，在積分球16的內部還設有輔助光源10，較佳地，該輔助光源1可以為白光LED光源、白熾燈或氣燈。本發明中，輔助光源10與控制器01電連接，其在控制器01的控制下工作。當激發光源05處于工作狀態時，輔助光源10在控制器01的控制下關閉，當利用顯微鏡07確定待測樣品的位置時，輔助光源10在控制器01的控制下打開。
[0039]本發明還包括第一傳導光纖02、第二傳導光纖04和第三傳導光纖08;積分球16內部設有光纖固定裝置09，作為一種可實施方式，積分球16內部還設有固定管06，光纖固定裝置09通過固定管06和積分球16固定連接，并設置在樣品臺11的上方;第一傳導光纖02的一端連接光纖固定裝置09，另一端連接光譜儀03，第二傳導光纖04的一端連接光纖固定裝置09，另一端連接激發光源05;積分球16的內側壁上設有擋光板，第三傳導光纖08的一端連接擋光板，另一端連接光譜儀03。
[0040]較佳地，光纖固定裝置09上還安裝有位置傳感器，位置傳感器與控制器01電連接。在利用移動平臺對樣品臺11進行位置調整時，該位置傳感器有效避免了光纖固定裝置09和樣品臺11之間的碰觸。
[0041]本發明在進行測試時，可通過顯微鏡07來觀察積分球16中的待測樣品，并且可以通過移動平臺來移動待測樣品，從而能夠有針對性地對某一位置的固體粉末顆粒進行測試，實現單個顆粒熒光粉的發光性能的測試，對于由多種不同物質組成的熒光粉固體粉末顆粒，可以直接測量每種熒光粉固體粉末顆粒自身的發光性質。同時，本發明功能齊全，不但能夠測試單個固體粉末顆粒的光致發光性質，還能夠測試單個固體粉末顆粒的發光性質隨溫度的變化以及單個固體粉末顆粒的量子效率。
[0042]以下通過具體實施例對本發明作進一步說明。
[0043]實施例1
[0044]熒光粉固體粉末顆粒的光致發光性質的測量:
[0045]I)首先打開積分球16，將待測熒光粉放置到樣品臺11上的凹槽內，關閉積分球16;通過控制器01開啟輔助光源10和顯微鏡07，并通過控制器01調整移動平臺，使得顯微鏡07能夠清晰的觀察到樣品臺11上的待測樣品，光纖固定裝置09上安裝的位置傳感器能夠避免移動平臺過度上升從而碰觸光纖固定裝置09;利用控制器01開啟激發光源05(氙燈)，此時輔助光源10自動關閉；利用控制器01開啟光譜儀03;利用控制器01調整移動平臺，使得激發光源05發出的光通過第二傳導光纖04照射到待測樣品的某一顆粒上，該顆粒在激發光源05的光激發下，發出發射光，發射光通過第一傳導光纖02傳導至光譜儀03;光譜儀03將測得的信號傳輸至控制器01，最終在控制器01的終端得到該顆粒的光致發光圖譜。
[0046]2)不斷使用控制器01調整移動平臺的位置，使得激發光源05發出的光通過第二傳導光纖04照射到待測量的其他顆粒上;被照射的顆粒在激發下發出發射光，通過第一傳導光纖02傳導至光譜儀03;光譜儀03將測得的信號傳輸至控制器01，最終在控制器01的終端得到此次被照射的顆粒的光致發光圖譜。如圖2所示，為利用本實施例中的方法測得的某一熒光粉顆粒的光致發光圖譜。
[0047]實施例2
[0048]熒光粉固體粉末顆粒的量子效率的測量:
[0049]I)首先將待測量的熒光粉固體粉末顆粒與一定量的硫酸鋇粉末顆粒混合均勻，然后打開積分球16，將熒光粉與硫酸鋇的混合粉末顆粒放置到樣品臺11上的凹槽內，關閉積分球16;通過控制器Ol開啟輔助光源10和顯微鏡07，并通過控制器Ol調整移動平臺，使得顯微鏡07能夠清晰的觀察到樣品臺11上的混合粉末顆粒，光纖固定裝置09上安裝的位置傳感器能夠避免移動平臺過度上升從而碰觸光纖固定裝置09;利用控制器01開啟激發光源05(激光器)，此時輔助光源10自動關閉；利用控制器01開啟光譜儀03;利用控制器01調整移動平臺，使得激發光源05發出的光通過第二傳導光纖04照射到混合粉末顆粒中的某一個硫酸鋇顆粒上，該硫酸鋇顆粒反射激發光源05的發出的光，反射光通過第三傳導光纖08傳導至光譜儀03上;光譜儀03將測得的信號傳輸至控制器01，得到參比光譜。
[0050]2)利用控制器01調整移動平臺，使得激發光源05發出的光通過第二傳導光纖04照射到混合粉末顆粒中的某一個熒光粉顆粒上，該熒光粉顆粒在激發光源05的激發下發出發射光，發射光通過第三傳導光纖08傳導至光譜儀03;光譜儀03將測得的信號傳輸至控制器01，最終得到該熒光粉顆粒的光致發光圖譜。
[0051]3)通過計算步驟I)得到的參比光譜和步驟2)得到的光致發光圖譜，最終得到步驟2)中測試的某一熒光粉顆粒的量子效率。
[0052]4)不斷使用控制器01調整移動平臺的位置，使得激發光源05發出的光通過第二傳導光纖04照射到混合粉末顆粒中的其他熒光粉顆粒上，被照射的顆粒在激發下發出發射光，通過第三傳導光纖08傳導至光譜儀03;光譜儀03將測得的信號傳輸至控制器01，通過步驟I)得到的參比光譜，最終在控制器01的終端得到此次被照射的顆粒的量子效率。如圖3所示，為利用本實施例中的方法測得的某一熒光粉顆粒的量子效率圖譜。
[0053]實施例3
[0054]熒光粉固體粉末顆粒的熱淬滅性質的測量:
[0055]I)首先打開積分球16，將待測熒光粉放置到樣品臺11上的凹槽內，關閉積分球16;通過控制器01開啟輔助光源10和顯微鏡07，并通過控制器01調整移動平臺，使得顯微鏡07能夠清晰的觀察到樣品臺11上的待測樣品，光纖固定裝置09上安裝的位置傳感器能夠避免移動平臺過度上升從而碰觸光纖固定裝置09;利用控制器01開啟激發光源05(LED燈)，此時輔助光源10自動關閉；利用控制器01開啟光譜儀03;利用控制器01控制加熱裝置12工作，使加熱裝置12的溫度上升至預設溫度值，保持lOmin，使得樣品臺11上凹槽內的待測樣品的溫度與加熱裝置12的預設溫度值一致;利用控制器01調整移動平臺，使得激發光源05發出的光通過第二傳導光纖04照射到待測樣品的某一顆粒上，該顆粒在激發光源05的光激發下，發出發射光，發射光通過第一傳導光纖02傳導至光譜儀03;光譜儀03將測得的信號傳輸至控制器01，最終在控制器01的終端得到該顆粒的光致發光圖譜。
[0056]2)繼續利用控制器01控制加熱裝置12進行加熱，使得加熱裝置12的溫度改變至另一個預設溫度值，保持lOmin，使得樣品臺11上凹槽內的待測樣品的溫度與加熱裝置12的另一個預設溫度值一致;激發光源05發出的光通過第二傳導光纖04照射到步驟I)測量的熒光粉顆粒上，該顆粒在激光光源的光激發下，發出發射光，發射光通過第一傳導光纖02傳導至光譜儀03;光譜儀03將測得的信號傳輸至控制器01，最終在控制器01的終端得到該溫度下熒光粉顆粒的光致發光圖譜。
[0057]3)重復步驟2)，改變預設溫度值，統計所收集到的光譜數據，最終得到熒光粉的某一顆粒的熱淬滅圖譜。如圖4所示，為利用本實施例中的方法測得的某一熒光粉顆粒的熱淬滅光譜圖。
[0058]需要說明的是，利用本發明的裝置不僅能夠測量單個固體粉末顆粒的發光性能，同時也能夠測量宏觀體量固體粉末顆粒的發光性能，具體測試方法與傳統的測試方法相同，此處不再贅述。
[0059]以上實施例僅給出本發明的幾種實施方式，還可以給出其它變形和改進。
【主權項】
1.基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于包括激發光源、光譜儀、積分球、顯微鏡和控制器;所述積分球內部設有樣品臺和移動平臺，所述樣品臺用于放置待測樣品，所述移動平臺用于帶動所述樣品臺進行移動； 所述積分球上設有開孔，工作時，所述顯微鏡的物鏡通過開孔伸入到積分球內部，用于觀察放置在所述積分球中的待測樣品； 所述控制器分別與激發光源、移動平臺、光譜儀和顯微鏡電連接，用于控制激發光源、移動平臺、光譜儀和顯微鏡的動作。2.如權利要求1所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述顯微鏡采用體式顯微鏡，所述體式顯微鏡能夠分辨任意維度的尺寸不小于10nm的顆粒。3.如權利要求1所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述移動平臺采用全向移動平臺，所述全向移動平臺能夠帶動所述樣品臺進行全方位移動。4.如權利要求1所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述全向移動平臺包括第一電控平臺、第二電控平臺和第三電控平臺； 所述第一電控平臺帶動所述樣品臺繞其中心軸進行360°旋轉，所述第二電控平臺帶動樣品臺沿X-Y方向水平移動，所述第三電控平臺帶動樣品臺沿Z軸方向豎直移動。5.如權利要求4所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述第一電控平臺的最小旋轉角度小于等于0.5°，所述第二電控平臺和第三電控平臺的最小移動距離小于等于lwn。6.如權利要求1所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述開孔處設有密封組件，當所述顯微鏡的物鏡伸入到積分球內部時，所述密封組件將物鏡與積分球之間的間隙密封。7.如權利要求1所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述積分球內部設有加熱裝置，所述加熱裝置與控制器電連接，所述加熱裝置用于加熱樣品臺上的待測樣品。8.如權利要求1所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述積分球內部設有輔助光源，所述輔助光源與控制器電連接。9.如權利要求1所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于還包括第一傳導光纖、第二傳導光纖和第三傳導光纖； 所述積分球內部還設有光纖固定裝置;所述第一傳導光纖的一端連接光纖固定裝置，第一傳導光纖的另一端連接光譜儀，所述第二傳導光纖的一端連接光纖固定裝置，第二傳導光纖的另一端連接激發光源； 所述積分球的內側壁上設有擋光板，所述第三傳導光纖的一端連接擋光板，第三傳導光纖的另一端連接光譜儀。10.如權利要求9所述基于移動平臺的發光材料性能測試裝置，其特征在于所述光纖固定裝置上設有位置傳感器，所述位置傳感器與控制器電連接。
【文檔編號】G01N21/64GK105911034SQ201610227205
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】解榮軍, 周天亮
【申請人】廈門大學