分光光度计对禁带宽度的表征

什么是禁带宽度(Band gap)
禁带宽度(Band gap)是指一个带隙宽度(单位是电子伏特(ev))，固体中电子的能量是不可以连续取值的，而是一些不连续的能带，要导电就要有自由电子或者空穴存在，自由电子存在的能带称为导带（能导电），自由空穴存在的能带称为价带（亦能导电）。被束缚的电子要成为自由电子或者空穴，就必须获得足够能量从价带跃迁到导带，这个能量的小值就是禁带宽度。

示意图

常见的测试禁带宽度方法有2种

一种是通过测试吸光度得到Eg，简称截线法；另一种是通过测试漫反射得到Eg，简称漫反射法。下面分别对两种方法展开介绍，并以吸光度法举例：

方法1：截线法

通过紫外可见分光光度计测试吸光度图谱，通过软件标配的数据处理功能，将得到的吸光度图谱求导得到找到值点。利用截线法得到吸收波长阈值λg(nm)，代入公式 计算得到禁带宽度Eg

方法2：漫反射法

先用标准白板进行基线测试（R%模式），然后对样品进行漫反射测试，得到样品的漫反射光谱。 

由漫反射定律Kubelka – Munk 函数可知：

R, K, S 分别代表样品的反射系数，吸收系数和散射系数 

另外，基于 Tauc, Davis 和 Mott 等人提出的公式，俗称 Tauc plot：

F(R∞)正比于吸收系数 α，在 Tauc 方程中可以用 F(R∞)代替 α，因此，上式可转变为：

然后以 hv 为横坐标，(F(R∞)hv)n 为纵坐标画图，当(F(R∞)hv) n=0 时，对应的横坐标 hv 即为 Eg 值的大小。

例：使用UH4150的积分球检测系统对TiO2进行吸光度测试

通过日立的UV Solutions软件标配的数据处理功能，将得到的吸光度图谱横坐标转换成eV。再利用截线法估算得到TiO2的Eg=3.1，符合3.0~3.2范围，数值准确。