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差热法测定OLED 材料玻璃化转变温度的不确定度评定

2021-12-06高姚湘庄健鸿潘统很冯才敏

顺德职业技术学院学报 2021年4期
关键词:玻璃化重复性分量

高姚湘,庄健鸿,潘统很,戴 雷,冯才敏

(1.广东阿格蕾雅光电材料有限公司,广东 佛山 528333;2.顺德职业技术学院 轻化与材料学院,广东 佛山 528333)

近年来,有机发光二极管显示凭借其自发光、响应速度快、轻薄、易于柔性制备等特点逐渐成为主流显示技术[1],并成为研究热点。各种新的功能材料不断被开发,生产工艺不断优化,生产的成本也不断降低,性能不断得到提升,发光材料的品质要求亦不断提高[2]。作为OLED 材料品质管控的重要指标之一的玻璃化转变温度,影响器件导电性能,如电子和空穴电荷迁移率出现失衡,导致器件效能降低,亦或让器件中产生局部短路,影响器件稳定性,甚至导致器件失效,影响材料的产业化应用[3]。准确测定OLED 材料的玻璃化转变温度显得尤为重要。

测量不确定度是根据所用的信息,表征赋予被测量值分散性的非负参数,是与测量结果相联系的参数[4],是实验室提高检测结果准确性的重要保障。对不确定度来源进行分析和评定,可以找出导致实验误差的原因,减少不确定度可以有效提高测定结果的准确性,是质量控制的一个重要手段[5]。

本文参考国家标准化管理委员会于2019 年12月发布的GB/T 37945—2019《有机发光二极管显示器用材料 玻璃化转变温度测试方法 差热法》[6]测试方法,测定有机发光二极管显示器用材料玻璃化转变温度,按照JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》[7]和CNAS-GL006:2019《化学分析中不确定度评估指南》[8]中规定的方法和要求,对测量结果进行不确定度评定。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

差示扫描量热仪(DSC-60 日本岛津)、电子天平(Secura225D-1CN 德国赛多利斯)、标准物质铟(GBW(E)130182 中国计量科学研究院)、卷边机(SSC-30 日本岛津)、卷边铝坩埚(日本岛津)。

1.2 测定原理及过程

1)测定原理:参考GB/T 37945—2019 国家标准《有机发光二极管显示器用材料 玻璃化转变温度测试方法 差热法》,在规定的气氛和程序温度控制下,测量输入到样品和参比样的热流速率差(或热功率差)随温度或时间变化的关系。以温度或时间为X轴,以热流速率差(或热功率差)为Y轴的曲线,即为DSC 曲线。选取第二遍升温的DSC 曲线,一般情况下,玻璃化转变温度Tg就是起始基线切线外推与曲线拐点处切线的交点(Onset 值),见图1。

图1 玻璃化转变温度曲线

2)测定过程:测定前使用热分析标准物质铟重复测试两次,再进行样品测试。使用天平称量3.50 mg左右的样品到专用的坩埚并压制成样片,用差示扫描量热仪对样片进行数据测定。

1.3 数学模型

称量后的待测样片放入仪器后,仪器自动进行相应的测试,测试完成后仪器专用的处理软件可以处理出玻璃化转变温度,因此建立以下数学模型:

其中y为被测样品的玻璃化转变温度,x为起始基线切线外推与曲线拐点处切线的交点对应的横坐标温度值。

2 不确定度的评定

使用差示扫描量热仪测定OLED 材料Tg的测量不确定度主要来源:人员重复性操作引入的标准不确定度分量(u1)、测量仪器引入的标准不确定度分量(u2)、标准物质铟(In)标准值引入的标准不确定度分量(u3)、样品均匀性引入的标准不确定度分量(u4)、环境条件引入的标准不确定度分量(u5)。

2.1 标准不确定度分量的评定

根据标准方法,在同一批材料中抽取10 个样品进行独立重复性测试,测试结果见表1。

表1 同一批材料中抽取10 个样品的测试结果

1)人员重复性操作引入的标准不确定度分量u1。

重复性操作引入的不确定度,采用A 类评定方法[7-8],根据贝塞尔公式计算其标准偏差,测量结果由一次测量直接给出,故标准不确定度分量u1等于1 倍标准偏差:

2)测量仪器引入的标准不确定度分量u2(B 类评定方法[7-8])。

查阅差示扫描量热仪校准证书,该仪器经检定合格(B 级),差示扫描量热仪的温度重复性≤1.0 ℃,Tg落在该区间的概率分布为矩形均匀分布,包含因子为,半宽为0.5 ℃,其温度重复性的标准不确定度分量为0.5/=0.289 ℃。校准证书给出的示值测量结果扩展不确定度U=0.1 ℃(k=2),因此,其温度校准的标准不确定度分量为0.1/2=0.05 ℃。分辨率引入的不确定度服从矩形均匀分布,包含因子为,分辨率为0.01 ℃,半宽为0.005 ℃,其分辨率的标准不确定度分量为0.005/=0.003 ℃。测量仪器引入的标准不确定度分量:

3)标准物质铟(In)的标准值引入的标准不确定度分量u3(B 类评定方法)。

查阅标准物质铟(In)的证书,给出的熔化温度标准值:156.52±0.26 ℃(k=2),其中扩展不确定为U=0.26 ℃,因此,其标准不确定度分量u3=0.26/2=0.13 ℃。

4)样品均匀性引入的标准不确定度分量u4。

对于同一批粉末样品,预设样品是均匀的,因此样品均匀性引入的不确定度忽略不计。

5)环境条件引入的标准不确定度分量u5。

查阅差示扫描量热仪的说明书,以及实验室的相关要求,环境条件要求温度为15~30 ℃,相对湿度≤85 %。检测实验室环境条件符合要求,因此环境条件引入的不确定度忽略不计。

2.2 标准不确定度的合成

对上述标准不确定度分量进行总结,结果见表2。

表2 标准不确定度分量汇总表

各分量之间相互独立不相关,其合成标准不确定度计算公式为:

2.3 扩展不确定度的评定

取置信概率95%,则包含因子k=2,其扩展不确定度为:U=2*0.517 ℃=1.034 ℃≈1.1 ℃

3 结论

本文参考GB/T 37945—2019《有机发光二极管显示器用材料 玻璃化转变温度测试方法 差热法》测试方法测定有机发光二极管显示器用材料的玻璃化转变温度,分析了不确定度的主要来源,评定了其引入的不确定度分量,计算得到合成标准不确定度为0.52 ℃,扩展不确定度为1.1 ℃,k=2。从评定过程的结果显示其测量不确定度主要来源于重复性操作、差示扫描量热仪设备的温度示值、标准物质标准值。在日常检测中,要合理控制测试过程的重复性(选择均一的粉末固体、样品重量、样品填装、正确压制坩埚等)、使用有证标准物质定期对差示扫描量热仪进行温度校准,以获得准确稳定的测试结果。

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