渡越时间测量范文

渡越时间测量范文（精选4篇）

渡越时间测量 第1篇

关键词：渡越时间法,有机材料,光电特性

0 引言

有机电致发光材料及其器件在现代显示领域中受到人们的广泛关注, 由于其具有不可比拟的优势。与此同时, 有机光伏电池因其成本低、工艺简单、易制成大面积器件等很多优点成为一个研究热点, 为太阳能的利用开辟了新的道路。由于有机电致发光器件和有机光伏器件具有相似的结构, 因而某一有机器件可能兼有电致发光和光伏两方面的性能。

近十几年里, 随着对电致发光器件的深入研究, 尤其是对光电转换过程中微观机制的深刻理解和新型有机光电材料的不断出现, 对有机电致发光器件的研究取得了长足的进步。目前研究工作主要是开发新的高荧光效率材料, 注入材料和载流子输运材料, 完善有机材料成膜技术, 改进电致发光器件的结构以及对器件内部发光本质进行研究。德国与奥地利联合兴建了湿法光电池公司, 其核心技术之一就是要将具有优良感光性能的有机染料与无机半导体材料复合起来, 实现效率超过10%的光电转换。最初有机电光电池的光电转换效率仅为十万分之几, 而目前已经达到百分之几, 同时使用寿命稳步延长, 已经接近实用化水平。特别是以有机聚合物为基础的光敏材料, 易于制备成本低、面积大的光电池, 显示出非常诱人的应用前景。这些成果和材料研制过程体现出来的创新思维, 对有机光电池材料及其相关器件的设计有重要的意义。

在器件性能方面, 很重要的一个参数就是材料的载流子迁移率, 因为它从根本上决定了电致发光器件的响应时间和光电转换效率。因此, 对载流子迁移率的测量成为薄膜发光材料研究的重要方法。

1 试验方法

本试验采用渡越时间 (TOF) 方法, 该方法是一种光电测量方法, 其基本原理为:在样品上加上适当的直流电压, 假定ITO上加上正电压, 选择适当脉宽的脉冲光 (如氮分子激光器脉宽为4ns) , 利用透明电极激励样品, 使之产生薄层的电子-空穴对。空穴被拉向负极方向作薄层运动。假设薄层状态不变, 则运动速度为μE。如假定样品中仅有有限的陷阱, 并且陷阱密度均匀, 则电量损失与载流子寿命τ有关, 此时下电极将因载流子的运动形成感应电流, 且随时间增大。t时刻有

若式中L为样品厚度, 且电场足够强, t≤τ, 且渡越时间tτ<τ0则

tτ时刻电压将发生明显变化, 由实验可确定tτ, 则

式中L、V和tτ皆为实验测量的物理量, 因此μ值可求。

2 实验及分析

2.1 实验装置

渡越时间法测试系统的实验装置如图1所示, 装置中各个器件介绍如下。

(1) 激光器, 我们用的是Nd:YAG激光器;

(2) 样品, 一般制作成两侧带电极的三明治式结构 (ITO电极/有机薄膜/Al电极) ;

(3) 取样电阻;

(4) 示波器, 我们采用Tektronix TDS 2022示波器;

(5) 计算机。

2.1.1 激光器

我们实验室使用的是固体Nd:YAG激光器, 它用来提供一定频率的光信号, 不同的材料需要激光器的发光频率不同, 激光器发光频率要在材料的吸收光频率范围内。

2.1.2 样品

待测样品本身构成测试回路的一部分, 样品一般制作成两侧带电极的三明治式结构 (ITO电极/有机半导体薄膜/Al电极) 。为了在脉冲激光的激励下在样品中有效地产生光生载流子, 要求两个电极中至少有一个是透明或半透明的, 以方便激励光入射。待测试材料必须有较高的光生载流子能力。对不同的聚合物材料, 通过选择激励光的波长使其处在有机材料的吸收区内, 使被测样品尽可能产生高的载流子。聚合物光电材料一般都具有较高的光生载流子能力, 样品厚度在1μm~10μm之间, 选择的激光波长在320nm~580nm范围内。我们实验的膜材料为Si和MEH-PPV。

2.1.3 示波器

待测样品中瞬态光电流通过测试回路, 取样电阻两端的电压降值与瞬态电流成正比。采用高频数字示波器可探测出该电压降值与时间的变化关系。由于实验中光生载流子渡越时间、电路积分时间、载流子寿命等时间量的大小均在微秒、毫秒量级上, 因此示波器的响应速度必须足够快。实验中, 根据样品的厚度和取样电阻的大小选取合适的输入阻抗, 示波器的频率一般在500MHz左右。我们实验中采用的是Tektronix TDS 2022示波器。

2.1.4 电阻

R为取样电阻, 阻值远小于样品电阻 (一般为几百千欧姆或更大) 。我们所得到的曲线实际上是信号电阻两端的电流-时间曲线。由于电阻和被测材料是串联的, 测得的信号电阻上的曲线就可以反映材料上的电流随时间的变化。在保证得到好的实验曲线的基础上, 电阻越小, 测量结果越接近真实值。

2.2 实验过程及分析

按照图1把仪器连接好。首先应该确定光源的发光频率, 测量出样品材料的吸收光谱, 确定其吸收峰。然后确保激光器所发出来的光在材料的吸收峰上, 这样才能保证产生较多的载流子。

为了验证这套实验装置的有效性, 我们以单晶硅为例进行了测量, 由于单晶硅是无机材料, 载流子迁移率比较稳定。单晶Si载流子迁移率μ的理论值的数量级为102cm2/Vs。

2.2.1 单晶硅的实验数据及分析

实验参数:L=7mm, U=5.8V, 实验所得到的曲线如图2所示。

记录单晶Si实验曲线的平台边缘对应的t值。既曲线中虚线所示。由图像可以看出:

由式 (3) , 将L, V, tt的值带入求得:μ=6.76×102cm2/Vs。

求得的单晶硅的载流子迁移率数值与理论值的量级一致。由此可见, 我们这套装置是完全有效的。

验证完这套装置的有效性后, 我们就可以用这套装置来测量有机MEH-PPV聚对苯乙烯类材料的载流子迁移率μ值。

2.2.2 MEH-PPV聚对苯乙烯类 (PPV)

采用渡越时间法测量迁移率的有机材料的吸收系数应该较大, 应在105cm-1量级左右。在距样品光照表面10%深度 (一般在100nm以内) 内能吸收激励光子的90%以上。这样可以有效地减少测量的原理性误差。

实验参数:L=2μm, U=117V, 实验所得到的曲线见图3。

采用Scher-Monstoll法对聚对苯乙烯类I-t图像进行处理, 即对其横纵坐标分别取对数, 所得到的图形如图4所示。

样品中光生载流子瞬态电流经历了一个相对较长的平台值过程, 在某一时刻电流值急剧降低至零值。通过对光生载流子的漂移过程分析可知, 电流急剧变化的时刻就是载流子漂移到对面电极并离开样品的时刻。作这一临界点前后曲线渐近线的交点, 其对应的时间即为载流子的渡越时间, 既图中箭头所指点对应的横坐标。由图可以看出:

再根据外加电场值V和样品的厚度L, 即可求出μ。

由式 (3) 得:μ=2.34×10-6cm2/Vs。

2.2.3 MEH-PPV不同电压下实验图

由图5与6可以看出:电压越高, 载流子迁移时间越短, 载流子迁移率越大;根据国外有关文献报道, 用TOF法测量时, 外电压多在70伏以下就能观察到明显的信号, 而我们在测量时, 电压低于70伏时信号较微弱, 我们接下来会进一步实验, 注意在低电压观察信号。

3 结论与工作展望

我们所做的工作是建立起了比较完整的测量载流子迁移率的渡越时间 (TOF) 法的实验装置, 并用此装置对单晶硅和聚对苯乙烯类MEH-PPV材料的载流子迁移率进行了测量, 实验取得了很好的测量结果。接下来我们会进一步做实验, 注意在低电压观察信号。研究的重点是改变温度T, 进一步测量载流子的迁移率, 还要调节取样电阻, 研究其对载流子迁移率的影响。

参考文献

[1]周玉荣, 刘勇, 刘丰珍.超高浓度钛掺杂硅薄膜的制备及光电特性研究[J].太阳能, 2013, 01.

[2]王威, 丁澜, 马锡英.磁控溅射法制备硅纳米晶体及其光电特性研究[J].中国科技信息, 2011, 07.

[3]朱键卓, 杜会静, 苏子生, 朱世敏, 徐天赋.载流子迁移率对有机太阳能电池性能影响的模拟研究[N].发光学报, V.34, N.4, 2013, 04.

[4]孙宏祥, 许伯强, 张淑仪.声表面波渡越时间法检测黏弹性介质表面凹痕深度的研究[N].声学学报, 2011, 02.

用水测量时间教案 第2篇

【教学目标】

科学概念：在一定的装置里，水能保持以稳定的速度往下流，人类根据这一特点制作水钟用来计时。

过程与方法

1．记录三次滴漏100毫升水需要时间情况。2．自己设计实验探究水流的速度变化情况。情感、态度、价值观

1．认识到细心观察的重要性。2．小组合作分工的重要性。3．激发研究用水计时的兴趣。【养成教育训练点】

1.培养学生细心观察的习惯。2.培养学生设计实验的能力。【教学重点】

滴漏实验。

【教学难点】

在合作的基础上，经历记录100毫升水慢慢地流完需要多少时间的活动过程；并能自己设计实验证明水流的速度随着水量的减少而变慢。【教学准备】

每个小组一个铁架台、一个漏杯、一个100毫升量筒、装200毫升水的烧杯、装水的一次性杯子，电子表，实验记录单，毛巾一块。

测量滴漏100毫升水需要的时间汇总表。

【教学过程】

一、导入

1．教师出示水钟装置。

前几节课我们知道太阳、光和影都可以记时，老师的这个装置叫水钟，因为能用里面的水来测量时间。相信吗？

师演示，叫学生按照教师的要求操作，发号喊“放”、堵放漏瓶、教师记时，学生查看。师看刻度分别报出10、20、30秒的时间。

说出你们想说的，知道为什么用水可以测量时间？谁能帮助解答这些问题？那你们想不想知道这些问题？今天我们就来学习第3课《用水测量时间》。板书：用水测量时间

二、滴漏实验

（一）测量滴漏100毫升水需要的时间：

1．师：为什么太阳、光和影可以用来计时？ 生：太阳的运动从东边升起西边落下

生：他们的运动具有稳定性、持续性。

师：水流的运动是不是也有这样的特点呢？我们来研究。

师：把烧杯里的200毫升水倒入漏瓶，测量流入100毫升到量筒里需要多少时间？重复测量三次。师：小组里思考做好这个实验应该怎么操作，注意哪些问题。

生小组讨论。

师：怎么配合？等会你们小组按照你的说法试试看，行不行。

师：按照你们的想法，试着测量滴漏10毫升水的时间。

生安装并试测。

师：说说在实验中有什么问题？怎么解决？有什么经验

生：漏瓶拿进拿出很麻烦，水要漏出来的。

师：你们觉得这个问题该怎么解决？

生：不需要拿出来的，第二次测量是把量筒里的水倒进去就可以了。

师：演示，对刚才学生的回答表示肯定。

生：我们测量时，计时的同学喊“放”，结果控制水的同学水没有放下来。

师：这个问题怎么解决？

生：两个人一定要配合好。

生：水放下来的时候，水容易滴到外面来的。

师：刚才我们已经实验过了，知道对准的位置没有？

师：还有问题吗？

师：那我们就开始实验，实验前先看清老师写在实验单上的实验提示。

学生阅读实验提示。然后进行测量滴漏100毫升水需要的时间实验。实验提示：

1．每次测量前都要从200毫升水开始。如果有水漏出，要从塑料杯里补足到烧杯。2．测量过程中如果有失误，要重新测量。注意观察水流的情况，看谁能有更多的发现。3．测量结束马上到讲台汇总数据，小组同学一起分析本组和各组的实验数据。实验一： 测量滴漏100毫升水需要的时间（总水量200毫升）第 小组

水量 第一次 第二次 第三次

100毫升（）秒（）秒（）秒 我们的发现：

学生实验结束后，陆续到讲台汇总实验数据，然后完成的小组进行数据分析。

师：接下来请同学们分析从数据中分析的发现。这说明了什么呢？

师：好的，我们把发现记录下来。

板书：在相同条件下，流出相同的水量所需时间相同。

师：刚才这个小组的同学很会观察分析，他们知道把三次的结果进行比较，这是横向分析，我们也可以纵向分析，把各个小组的数据比较，看能发现什么？你们认为说明了什么？为什么这样判断？

师：在实验中你们还有什么发现？怎么知道的？有和他们小组一样的发现吗？有和他们不一样的意见吗？

师：到底水的流速是怎么样的？你们能不能设计一个实验来证明？

生小组讨论，设计实验，填写实验记录单。

师组织学生评价方案。

师：他们是10毫升，你们为什么是30毫升？ 师：好的，这节课我们想出了很多的办法，还有哪些办法，我们课后也可以再考虑，下节课我们来按照设计做实验。

【板书设计】

3.3 用水测量时间 受水型水钟

古代的水钟

泄水型水钟

渡越时间测量 第3篇

峰函数拟合解释模型是指根据所测量的时间谱峰区数据，把峰形用函数来描述，通过拟合算法求出函数中的峰位等参数，进而计算出渡越时间，实现体积流量的计算[3]。该方法的不足在于峰形函数的种类较多，尚未解决峰形函数的自动选取问题;缺乏参与拟合计算的谱峰段的规范化选取方法。

传统的加权平均解释模型的解释精度不高，原因在于解释人员的个体认知水平差异导致了不同的谱峰选取方式，不同的选峰方式常对应着不同的解释流量，有时差异较大。

本文提出了一种间接的谱峰选取方法，并给出了一个新的渡越时间解释模型，对实测时间谱的处理结果表明新模型的解释精度更高。

1 间接的谱峰选取方法

1.1 时间谱的预处理

实测时间谱如图1所示。

图1所示的时间谱来自于X油田实测数据，显示了脉冲中子氧活化仪器D2探头记录的数据，横坐标为计数道的道数号，纵坐标为计数率。该时间谱存在强烈的统计涨落现象和噪声信号，不利于后继的处理操作。传统上采用多点滑动平均方法滤波，本文引入小波变换硬阈值滤波的方法对实测时间谱进行滤波光滑化，图1中时间谱滤波后如图2所示。

1.2 背景段选取

如图3所示，人工初步识别谱峰，选取接近谱峰的近水平段作为背景段，这里的近水平是指在所选的范围内，计数率在一条水平线上下波动，且上下波动的幅度基本相同，整体变化趋势是近似水平的。

在图3中，可以有多种选取背景段的方式，如图4所示。

1.3 谱峰段A、B、C、D、E的选取

对滤波后的CO2流动时间谱，确定背景段CO2流动时间谱的均值μ和均方差σ，以y>μ+2σ为标准，确定出谱峰段A。记录谱峰段A对应的最大计数率yAmax与最小计数率yAmin之差为fA;

将谱峰段A的fA均分，分别确定谱峰段B、C、D、E。具体步骤为:记录yB=yAmin+0.2fA，从谱峰段A的起始位置开始，向右搜索计数率值与yB最接近的时间谱点，作为谱峰段B的起始点;从谱峰段A的终止位置开始，向左搜索计数率值与最接近的时间谱点，作为谱峰段B的终止点;根据谱峰段B的起始点和终止点，可以确定出谱峰段B。记录yC=yAmin+0.4fA，按上述方法确定谱峰段C;记录yD=yAmin+0.6fA，按上述方法确定谱峰段D;记录yE=yAmin+0.8fA，按上述方法确定谱峰段E。

2 新的渡越时间解释模型

因为加权平均模型对于谱峰的起止道数的选取过于敏感，谱峰的起止道数稍有变化就导致解释流量就有较大变化。为此，基于谱峰段A、B、C、D、E，构建了如式(1)的渡越时间tm的解释模型。

式(1)中，th表示中子爆发持续时间;TA,1表示谱峰段A的起始点对应道数;TA,2表示谱峰段A的终止点对应道数，TB,1、TB,2、TC,1、TC,2、TD,1、TD,2、TE,1、TE,2分别表示谱峰段B、C、D、E的起止点对应的道数。yi表示第i道对应的计数率，ti表示第i道对应的时间。

3 应用实例

从两个方面验证本文解释模型的解释精度。首先针对上述图1所示的实测谱，对比加权平均模型与本文模型的处理效果;其次，针对不同井、不同深度的实测数据，分析本文解释模型的解释效果。

体积流量解释模型如下:

式(2)中，tm表示渡越时间;PC表示管子常数;L表示源距。

3.1 加权平均解释模型与本文模型对比

针对图2中所示的滤波后时间谱，采用加权平均解释模型进行处理，不同的选峰方式及对应的解释流量如图5所示。

图5中，阴影表示出了人工选峰的起止道数，直观显示了不同的选峰方式。图5(a)～(f)中的流量数据是根据加权平均解释模型[3]计算得到的体积流量。可以看出，不同选峰方式对应的解释流量绝对偏差可达6.04 m3/d，以最大解释流量为基础相对偏差达到20.4%，显然采用加权平均解释模型，难于控制解释精度。

针对上述图2所示时间谱，基于本文构建的选峰方法及渡越时间解释模型，结合体积流量解释模型，图6展示了不同的背景段选取方式及对应的解释流量。

图6表明，本文的解释模型对于背景段的选取方式不敏感。对于图2所示的时间谱，不同的背景段选取方式引起的流量差异仅为0.01 m3/d。

3.2 基于重复测量数据的验证

为了进一步验证本文解释模型的效果，针对同一测点重复测得的时间谱，因为重复测量之间的时间间隔仅为1～2 min，所以理论上可以认为重复测得的时间谱应该具有一致性，即重复测得的时间谱对应的流体的体积流量应该近似相等。表1中的数据来自于X油田不同井、不同深度点的测点信息及解释流量。

从表1可以看出，对于固定测点的重复测量数据，本文解释模型的解释流量的相对偏差不超过2%，体现出了较好的解释精度。而这些数据采用加权平均模型处理时，必须仔细挑选合适的谱峰，才能使得解释流量具有较好的一致性。

4 结论

1)传统的加权平均解释模型受选峰方式的影响，解释精度偏低;峰形函数拟合解释模型难于确定合适的峰形函数，且同样需要人工选取参与拟合计算的谱峰段。

2)本文解释模型提出的选取背景段的方法可操作性强，且不同选取方式对最终的解释结果影响很小;

3)本文解释模型建立了根据背景段自动选取谱峰段的规则，在没有增加人工劳动强度的前提下，实现了解释精度的提高。

参考文献

[1]谢荣华.国内油田动态监测技术新进展及发展方向.测井技术,2007;31(2):103—106Xie R H.Recent progress and orientation of oilfield dynamic monitering technologies in China.Well Logging Technology,2007;31(2):103 —106

[2] 吴奇,李国欣,刘军平,等.中国石油套管井测井技术的进展、需求与展望.测井技术,2011;35(6):497—501Wu Q,Li G X,Liu J P,et al.Progress,needs&prospectd of casedhole logging technologies in petro China.Well Logging Technology,2011;35(6):497—501

长度时间测量教案 第4篇

1、学习用目测和自然测量的方法，比较，区别物体的远近，并会用表格的形式进行记录。

2、初步感知同样的距离，使用的测量工具不同，测得的数量也不同，训练思维的相对性。

3、会进行8以为的看图列式计算。

准备：

1、确定场地，绳子、圈、尺子等测量工具若干。

2、笔、纸人手一份。

3、算式操作单。

过程：

1、目测物体的远近：游戏“听信号向指定方向走”。幼儿按教师指定方向走，如走向滑滑梯、跷跷板等，听到停止信号，幼儿立定。

2、用自然测量的方法测量不同物体的远近。

3、幼儿在次测量并进行记录。启发幼儿相互验证远近。

4、引导幼儿用不同材料测量同一物体，发现测量工具与测得数据之间的关系。

5、看图列8以内的算式。

(1)看图列加法算式。

(2)看图列减法算式。