国家标准计划《纳米技术 硒化镉量子点纳米晶体表征 荧光发射光谱法》由 TC279(全国纳米技术标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国科学院。
主要起草单位 国家纳米科学中心 、纳晶科技股份有限公司 、南开大学 、北京北达聚邦科技有限公司等 。
| 17 计量学和测量、物理现象 |
| 17.180 光学和光学测量 |
半导体纳米晶体(量子点)是近十几年来发展起来的一类新型纳米材料,主要由II-VI族(如CdSe、CdTe)或III-V族(如InP、InAs)元素组成,尺寸通常介于1nm~10nm之间。
半导体量子点纳米晶体表现出独特的量子尺寸效应,如特征带边吸收峰值与量子点尺寸密切相关,随纳米晶体粒径的增大,带边吸收峰发生渐次红移。
与传统的有机染料分子荧光探针相比,半导体纳米晶体的光谱性质具有明显的优势:具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、可精确调谐的发射波长、发光强度高,光化学稳定性更好,可忽略的光漂白等优越的荧光特性等,可以很好的用于荧光标记,并十分有利于长时间对细胞内多生命现象的动态变化进行观察。
基于上述性质,半导体纳米晶体在线性及非线性光学、磁介质、催化、医药及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景,同时将对生命科学和信息技术的持续发展以及生物领域的基础研究产生深刻的影响。
并且半导体纳米晶体因其独特的光学和电子学性质在药物筛选、生物标记、细胞示踪、流式微流控芯片免疫分析、快速诊断增敏等方面的研究及应用成为众多研究者关注的一个热点,正蕴涵着突破性的潜能,并已成为一个新兴的、前沿的、最活跃的研究领域。
目前,国内外均有商业公司开始生产并销售荧光纳米粒子(主要是半导体量子点纳米晶体),但是因为荧光纳米粒子的发光性能表征缺乏公认、统一的检测方法、缺乏发光特性标准样品、缺乏表面生物分子偶联的标准工艺,从而造成不同公司的产品之间的性能参数无法进行相互印证、比较。
此外荧光纳米粒子的研究中还存在一些基础性技术问题,首先,纳米粒子光学性质不够稳定,存在发射态和非发射态间的闪烁(blinking)现象,从而难以对生物标记研究进行定量分析。
其次,荧光纳米粒子的发光性质的调控机制尚不明了,因此诸多关于荧光纳米粒子的光学特性的报道间多难以相互印证。
因含镉(尤其是硒化镉,CdSe)量子点纳米晶体具有优良的尺寸和形貌可控性,成为研究最多、最有代表性的一类。
含镉量子点试剂具有稳定性好、发光效率高、半峰宽窄、波长可调、自吸收小等特点,在光电应用:在LED器件、显示、量子点敏化太阳能电池和场效应晶体管等光电转化领域以及活体生物成像、细胞成像、组织成像和分子标记(荧光探针)等生物医学领域具有广阔的应用前景。
除了我国于2009年12月实施的《硒化镉量子点纳米晶体的表征 紫外-可见吸收光谱方法》国家标准以外,国内外尚未制定其它有关荧光纳米粒子的相关技术标准。
而荧光纳米粒子的发光性质是其最重要的光学特性,是其得以在各个领域广泛应用的基础。
量子点的发光分为光致发光和电致发光两种,光致发光即光子引发量子点材料发光,电致发光即电子引发量子点材料发光。
该标准适用于荧光纳米粒子荧光发射光谱和荧光量子产率的测定,典型代表体系是硒化镉量子点纳米晶体(粒子尺寸2nm~10nm)分散液。
该标准的制定是为了规范硒化镉量子点纳米晶体的表征方法和产品的性质分析,以促进其应用及产业健康发展,对推进半导体纳米晶体,尤其是硒化镉量子点纳米晶体标准样品的制备及商业化应用具有积极而重要的意义。
该标准的主要工作内容为利用荧光发射光谱对硒化镉量子点纳米晶体进行表征并测算荧光量子产率,得到硒化镉量子点的基础荧光特征数据,从而作为对产品质量进行判定的依据。
本标准修订意义在于:本标准是针对最具代表性的典型纳米材料半导体量子点纳米晶体的最关键特性参数~发光特性的测试方法标准。
随着半导体量子点作为关键核心纳米材料使液晶显示技术实现创新升级,并发展成为新型高端显示技术新的经济增长点,量子点纳米材料在新型显示产业的应用对其光学特性提出了新的技术要求。
本标准修订后会更好的发挥对新型显示技术尤其是量子点显示产业领域高质量发展的支撑和引领作用。
本标准规定了硒化镉量子点纳米晶体的荧光发射光谱检测的表征方法。 本标准适用于硒化镉量子点纳米晶体的荧光发射光谱表征,其它纳米材料的荧光发射光谱表征也可参照本标准执行。本标准2018年制定时主要针对的是量子点基础材料,修订后将增加纳米光电新型显示应用尤其是量子点显示技术对量子点材料(不限于硒化镉量子点)发光性质的技术内容。 主要技术内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、方法原理、仪器、样品、样品检测、检测报告等,并给出了量子点纳米材料测试样品发射光谱测试实例、及如何由发射光谱测试获得量子点纳米材料测试样品的相对荧光量子产率的测试实例。