一种通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法

1.本发明涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法。


背景技术：

2.电压不仅是反映电能质量的重要因素，也是反映保证电器安全运行的重要指标。在用电需求不断提高的新形势下，做好电压管理，确保用电安全是非常重要的。当前的电压预警器件主要基于电压指示与报警电路，一般包括降压电路、滤波电路、比较电路、采样电路、报警电路等组成。该预警器件构成复杂，容易受到电磁干扰出现误报，若相关元器件存在老化、连接松动问题，还会降低器件的准确性与稳定性，影响正常的预警功能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法，该方法能通过荧光强度变化和半导体样品的颜色变化来判断电压系统的电压是否在安全范围内工作，检测过程方便、快捷且准确。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法，所述方法包括：
6.步骤1、将半导体样品设置在衬底上，并在所述半导体样品表面设置电极，将带有电极的半导体样品放置在配有光谱采集系统的激光器下；
7.步骤2、再将带有电极的半导体样品接入待检测电压系统；
8.步骤3、打开所述光谱采集系统和待检测电压系统，对电压变化时半导体样品的发光谱进行实时光谱采集；
9.步骤4、基于采集的光谱，通过荧光强度变化和半导体样品的颜色变化来判断待检测电压系统的电压是否在安全范围内工作。
10.由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能通过荧光强度变化和半导体样品的颜色变化来判断电压系统的电压是否在安全范围内工作，检测过程方便、快捷且准确。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
12.图1为本发明实施例提供的通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法流程示意图；
13.图2为本发明实施例所述zno微米管在不同电压下的紫外发光谱图；
14.图3为本发明实施例所述0-20v正常电压下zno微米管的dle光谱图；
15.图4为25-35v高电压下微米管的光谱图；
16.图5为40-43v电压下zno微米管的光谱图。
具体实施方式
17.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
18.如图1所示为本发明实施例提供的通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法流程示意图，所述方法包括：
19.步骤1、将半导体样品设置在衬底上，并在所述半导体样品表面设置电极，将带有电极的半导体样品放置在配有光谱采集系统的激光器下；
20.在步骤1中，所述衬底为石英衬底；所述半导体样品为zno微米管，此样品同时具有光致发光和电致发光特性；
21.所述电极为铟镓(in/ga)合金，in/ga合金与zno微米管形成良好的欧姆接触。
22.另外，所述光谱采集系统由高分辨光谱仪系统、多种波长激光和多物镜显微系统构成；所使用物镜为3
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nuv紫外镜头；
23.所述激光器是波长为325nm的he-cd线偏振激光器。
24.具体实现中，zno微米管在室温下，带隙宽度为3.37ev,325nm激光可以激发zno微米管中的激子发光和深能级缺陷发光，激发其荧光特性。
25.步骤2、再将带有电极的半导体样品接入待检测电压系统；
26.步骤3、打开所述光谱采集系统和待检测电压系统，对电压变化时半导体样品的发光谱进行实时光谱采集；
27.步骤4、基于采集的光谱，通过荧光强度变化和半导体样品的颜色变化来判断待检测电压系统的电压是否在安全范围内工作。
28.在该步骤中，由于电压会使半导体材料中产生焦耳热效应，改变半导体材料发光波长，减低荧光强度，荧光强度随电压增大而降低，并且在较高电压时，半导体材料的发光颜色由荧光导致的绿色变为电致发光导致的黄光，故基于该原理：
29.当所述待检测电压系统在安全电压范围内工作时，所述半导体样品的荧光强度随电压增强而降低，并且发光峰位不断红移；
30.当所述待检测电压系统的电压值到达电致发光的阈值时，所述半导体样品的发光颜色由荧光导致的绿色变为电致发光导致的黄光，由此来判断待检测电压系统的电压是否在安全范围内工作。
31.值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
32.下面以具体的实例对本发明实施例所述方法进行举例说明：
33.步骤1：取一石英载玻片作为衬底；
34.步骤2：将半导体样品放置在衬底上，其中半导体样品为利用光学过饱和析出法生
长的富受主型氧化锌(zno)单晶微米管，所述光学过饱和析出法所使用的设备为光学浮区炉，设置加热功率为60％，zno微米管的生长时间为2h，转速为100rpm，生长氛围为空气，空气流动速率为1l/min；
35.步骤3：取一合适电极，放置在半导体表面，保证电压系统与材料的良好接触。其中所述电极为铟镓(in/ga)合金，将其滴加在zno微米管两端，两者形成良好的欧姆接触；
36.步骤4：将带有电极的半导体样品放置在配有光谱采集系统的激光器下，其中激光器波长为325nm，可以激发zno材料的激子发光和深能级缺陷发光；
37.步骤5：将带有电极的半导体样品接入待检测电压系统；
38.步骤6：打开光谱采集系统和待检测电压系统，对电压变化时样品的发光谱进行实时光谱采集。
39.其中，光谱采集时选取600gr/mm的衍射光栅，采集积分时间为1s，电压由0v逐渐递增，当电压值达到zno微米管电致发光的阈值电压时，采取相同电压下，关或开325nm激光辐照的光谱。如图2所示为本发明实施例所述zno微米管在不同电压下的紫外发光谱图，在图2可以清楚的看到：随着电压的增加，zno微米管的紫外发光峰强度降低。这表明当施加电场时，载流子由于电场力的作用被驱动到电极，空穴-电子复合产生的光子几率减小，且电场越大发光峰的淬灭程度越大。除了发光强度的变化，发光峰位随电压增加不断红移。在43v电压下，nbe发光峰位于435nm处，红移量为57nm。而dap发光峰在500nm处，红移量为110nm。
40.如图3所述为本发明实施例所述0-20v正常电压下zno微米管的dle光谱图，微米管呈现典型的绿色发光，且随着电压增加仅有强度的降低，发光峰峰位并没有发生明显移动，发光淬灭程度与电压呈现正相关关系。
41.如图4给出了25-35v高电压下微米管的光谱图，微米管的紫外峰随电压增加逐渐红移至可见光波段，而原本的绿色可见发光峰几乎完全淬灭，此时微米管呈现蓝紫光。
42.如图5所示为40-43v电压下zno微米管的光谱图，当电压进一步增加，紫外发光峰进一步红移的同时，微米管的本征电致发光被激发，呈现电致发光导致的黄光。
43.当zno微米管在安全电压范围工作时，荧光强度随电压增强而降低，并且发光峰位不断红移；当电压值到达电致发光的阈值时，微米管会发出黄光。电压由高到低，样品颜色呈现由绿变紫再变黄的变化顺序，其中绿色(约510nm处)是样品本身的荧光特性导致的深能级缺陷发光，紫色是由于紫外发光峰不断红移(大约430nm处)引起的，黄色(约610nm处)为样品电致发光的颜色。
44.另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术特征：
1.一种通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、将半导体样品设置在衬底上，并在所述半导体样品表面设置电极，将带有电极的半导体样品放置在配有光谱采集系统的激光器下；步骤2、再将带有电极的半导体样品接入待检测电压系统；步骤3、打开所述光谱采集系统和待检测电压系统，对电压变化时半导体样品的发光谱进行实时光谱采集；步骤4、基于采集的光谱，通过荧光强度变化和半导体样品的颜色变化来判断待检测电压系统的电压是否在安全范围内工作。2.根据权利要求1所述通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法，其特征在于，在步骤1中，所述衬底为石英衬底；所述半导体样品为zno微米管；所述电极为铟镓(in/ga)合金。3.根据权利要求1所述通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法，其特征在于，在步骤1中，所述光谱采集系统由高分辨光谱仪系统、多种波长激光和多物镜显微系统构成；所使用物镜为3
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nuv紫外镜头；所述激光器是波长为325nm的he-cd线偏振激光器。4.根据权利要求1所述通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法，其特征在于，在步骤4中，当所述待检测电压系统在安全电压范围内工作时，所述半导体样品的荧光强度随电压增强而降低，并且发光峰位不断红移；当所述待检测电压系统的电压值到达电致发光的阈值时，所述半导体样品的发光颜色由荧光导致的绿色变为电致发光导致的黄光，由此来判断待检测电压系统的电压是否在安全范围内工作。

技术总结
本发明公开了一种通过检测荧光强度和颜色变化的电压预警方法，将半导体样品设置在衬底上，并在所述半导体样品表面设置电极，将带有电极的半导体样品放置在配有光谱采集系统的激光器下；再将带有电极的半导体样品接入待检测电压系统；打开所述光谱采集系统和待检测电压系统，对电压变化时半导体样品的发光谱进行实时光谱采集；基于采集的光谱，通过荧光强度变化和半导体样品的颜色变化来判断待检测电压系统的电压是否在安全范围内工作。上述方法能通过荧光强度变化和半导体样品的颜色变化来判断电压系统的电压是否在安全范围内工作，检测过程方便、快捷且准确。快捷且准确。快捷且准确。


技术研发人员：杨立学 刘星 李根 胡林娜 黄敏 李修 梁炯 王纪刚 王强
受保护的技术使用者：北京印刷学院
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/20