在高科技材料与产品不断向高灵敏度、长寿命和强环境适应性发展的进程中,氧气透过率(Oxygen Transmission Rate, OTR)已成为评价材料阻隔性能的核心关键参数。对氧气格外敏感的器件或产品——无论是柔性OLED显示器中的有机发光材料,还是锂离子电池中的电解质界面,亦或是医药包装中亟待保护的药物活性成分——其使用寿命与可靠性几乎完全取决于封装材料的氧气阻隔能力。从OLED显示器10⁻⁶ g/(m²·day)量级的封装要求,到医药包装中毫米级密封完整性的精准把控,氧气透过率测试已贯穿各行业产品设计、材料筛选、工艺验证与失效分析的全生命周期。
氧气透过率是指在特定温度和湿度条件下,单位时间内通过单位面积薄膜材料的氧气量,通常以cm³/(m²·day·atm)或cc/(m²·day)为单位。其测试方法依原理不同主要分为等压法和压差法两大类,各有侧重,可依据材料特性与应用场景灵活选用。
库仑电量法(等压法) 是目前国际上应用广的OTR测定技术,ASTM D3985是该方法的标准规范。该测试的基本原理为:将待测样品在环境大气压下作为密封半屏障安装于两个腔室之间,一侧以氮气(或其它载气)吹扫,另一侧暴露于氧气(通常为 O₂)中。在达到稳态渗透后,透过样品的氧气随载气一同被输送到库仑检测器,检测器产生的电流大小与单位时间内进入检测器的氧气量成正比,通过计算得到样品的氧气透过率。该方法能够测定氧气透过率(OTR)、薄膜对氧气的渗透性(PO₂)以及同质材料的氧气渗透系数(P’O₂)。由于温度和湿度是影响测试结果的关键因素,该标准对测试环境的控制提出了严格要求。
红外传感器法 同样是高灵敏度OTR测试手段之一,适用于包装材料的阻隔性能评价。此外,压差法(如ISO 15105-1)通过在样品两侧建立气压差,测量低压侧的压力变化推算气体透过量,尤其适用于单一气体渗透性测试;而等压法因无需建立气压差、不改变材料结构,更适合测试高阻隔性材料。
在标准体系方面,氧气透过率测试已建立起完善的序列:ASTM D3985为库仑电量法的核心标准;ASTM F1927提供了利用库仑检测器测定氧气透过率、渗透性和渗透系数的补充方法;ISO 15105-2规定了压差法的相关要求;YBB 00082003和GB/T 19789分别是国内对应的药用包装材料与塑料薄膜透气性试验方法标准。

有机发光二极管(OLED)中的有机发光材料和水氧阻隔材料对水蒸气和氧气均极其敏感。在水分和氧气的作用下,OLED器件特性会迅速衰退,导致使用寿命极为有限。这一特性使得柔性OLED进入商业市场的主要阻碍之一,正是封装材料的阻隔性能。无论是刚性OLED还是柔性OLED,均须采用高阻隔原材料,大限度地降低器件与空气中水分和氧气的接触。
在OLED行业,1×10⁻⁶ g/(m²·天)的透湿率(WVTR)要求已成为行业内普遍认可的标准,用以确保产品使用寿命超过10,000小时。这一数值是通过估算使反应电极衰减所需的氧气和水蒸气数量得出的。与之对应,柔性OLED同样要求WVTR值低于10⁻⁶ g/(m²·天),这一指标已远超常规测试设备的测量能力。传统OLED所采用的刚性玻璃封装无法适应柔性器件的机械应力需求,必须开发创新的多层薄膜封装方案,结合无机与有机材料的复合结构,在保持机械柔韧性的同时实现的气体阻隔。
针对柔性OLED显示器件封装阻隔膜的检测,已形成涵盖水蒸气透过率(WVTR)与氧气透过率(OTR)的综合性能评价体系。WVTR的测试范围可低至0.001-100 g/(m²·24h),精度可达2%;而OTR的测量范围可覆盖0.01-500 cm³/(m²·24h·0.1MPa),分辨率达0.001 cm³。检测范围涵盖柔性OLED显示屏、刚性OLED面板、可折叠OLED屏幕、OLED封装薄膜、OLED基板材料及阻隔涂层等多个品类。
在测试方法层面,重量法、电解法、红外传感器法、钙测试法及气相色谱法等十余种方法可根据不同的阻隔水平与研究目的灵活选用。其中,ASTM F1249红外传感器法是目前不同行业测试柔性阻隔材料透湿率的主流标准:用待测试阻隔材料将已知温度的测试腔分隔成干燥与潮湿两侧,水蒸气扩散通过测试膜后与干燥侧的载气混合,运送到红外传感器。传感器测量出水蒸气所吸收的红外能量并产生电信号,其大小与水蒸气浓度成正比,通过与校准膜比较即可计算出水蒸气透过率。
此外,ISO 21760-1:2019标准专门针对有机电子器件(如OLED)用粘合剂薄膜的水蒸气阻隔性能测试,建立了完整的测试方法体系。该标准规定了非自支撑粘合剂薄膜在塑料基材上的6种制备工艺,并通过差分测量原理解决复合薄膜的测试难题。
OLED封装阻隔层一旦局部失效,水汽和氧气的微量渗透将导致电极氧化、发光层降解,终以暗斑、边缘收缩等形式出现在显示画面上。测定封装材料的水氧阻隔性能,不仅服务于材料选型与工艺开发,更是失效分析中追溯根源的关键手段。通过OTR与WVTR的双重评价,结合加速老化测试和动态湿度循环测试,可评估封装材料在长期服役条件下的阻隔稳定性与失效阈值。

固态电池(SSBs)以其更高的能量密度和安全性成为下一代电池的有力竞争者。然而,循环过程中电极材料的体积变化以及固-固界面的退化过程,常常限制着电池的使用寿命。新研究表明,氧迁移是固态电池容量衰减的一个关键因素:在电池运行过程中,氧化物材料中固有的含氧物种会迁移到阴极集流体附近,与活性电极材料发生反应,生成无定形的富钛氧化物层,这是导致容量快速衰减的主要原因之一。这一研究发现了一条此前未被认识的氧驱动降解路径,通过原位光电子能谱技术在操作条件下揭示了该退化机制。该研究的一个重要启示是:在电池材料的制备过程中,应尽可能减少或阻止氧气进入电池,优先在惰性气体氛围下进行制造。
在高能量密度锂离子电池中,同样存在一个长期被忽视的失效机制。富锂锰基氧化物等高压正极材料释放的氧气(O₂)气体能够穿过隔膜,扩散至石墨负极,严重破坏固态电解质界面(SEI)的稳定性。氧气交叉不仅消耗活性锂,还会诱导SEI层中有机组分增加、无机LiF含量下降,导致SEI层增厚、粗糙、杨氏模量显著降低,机械稳定性严重劣化。研究表明,通过使用低氧气透过率的隔膜,可以有效抑制氧气交叉,将电池循环寿命提升近三倍——容量保持率从24.5%提高至74.9%。这一发现为正极OTR与隔膜阻氧性能的评价提供了直接的工程需求,也建立了正极氧气释放与负极失效之间的直接联系。
在锂电池制造领域,隔膜的氧气透过率参数对长期循环稳定性具有重要影响。研究表明,不同氧气透过率的隔膜会导致循环寿命的显著差异:低透过率隔膜能够有效阻挡氧气向负极扩散,减少活性锂消耗,首次库仑效率和放电比容量均显著高于高透过率体系。对隔膜材料的定量OTR检测,为高能量密度电池的界面设计与材料筛选提供了关键的数据支持。
药品包装必须有效消除所有不利于药品质量或疗效的外部影响,其中氧气是引发药品氧化、变质的主要因素之一。包装材料的氧气透过率直接关系到药品有效期内是否会发生氧化降解,特别对于易氧化的药物活性成分而言,包装阻隔性能不足可能导致药效降低乃至失效。医药包装的OTR检测不仅是产品质量控制的核心环节,更是确保用药安全的重要屏障。
医药包装的氧气透过率测试主要遵循USP<671>(美国药典)、EP 3.2(欧洲药典)以及ISO 15378等国际药包材标准,同时须满足各国药品GMP规范要求。这些标准对药品容器的包装完整性、阻隔性能和稳定性测试作出了严格规定。在具体的包装材料层面,复合膜材料的氧气屏障性能要求OTR≤0.1 cc/(m²·day),药用泡罩包装的PVC/PVDC膜透湿性要求WVTR≤0.5 g/(m²·day),气体屏障性能则要求OTR检测≤0.5 cc/(m²·day)。
医用药品包装的检测已形成完整的体系。依据USP<671>、EP 3.2和ISO 15378标准,检测项目涵盖氧气透过率(评估抗氧化保护性能)、水蒸气透过率(测定容器防潮能力的关键指标)、密封完整性(检测容器微泄漏风险)、溶出物分析等,覆盖从材料选型到成品出厂的全流程质量管控。检测范围覆盖高密度聚乙烯瓶、聚丙烯药品罐、双铝箔泡罩包装、多层阻隔复合膜等各类包装形式。针对口服固体药品包装容器,核心检测目标正是验证容器的阻隔性能能否保障药品有效期内质量稳定。聚酯铝聚乙烯药用复合袋的透氧率检测,因其直接关系到包装的阻隔性能,更是评估产品能否有效防止氧气渗透、确保药品稳定性和有效期的核心指标。
深圳华瑞测科技有限公司(简称Citek Testing)成立于2011年,总部位于深圳市龙岗区,是一家集检测及技术服务为一体的综合性第三方检验检测机构。公司拥有齐全的材料分析精密测试仪器,是华南地区集综合性、开放性、专业性为一体的材料分析测试机构。
在氧气透过率及阻隔性能检测领域,华瑞测配备了先进的氧气透过率测试仪、水蒸气透过率测试仪等专业设备,能够按照ASTM、ISO、GB/T、YBB等国际国内标准执行高精度阻隔性能测试。公司还配置了扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等配套分析仪器,可实现阻隔性能测试与材料微观结构、成分特性的联合表征。
华瑞测在氧气透过率及阻隔性能检测方面提供以下核心检测服务:
氧气透过率(OTR)测试:采用库仑电量法和红外传感器法等技术,依据ASTM D3985、ASTM F1927、GB/T 19789、YBB 00082003等标准,测定薄膜、片材、层压板、复合膜等材料的氧气透过率、渗透性和渗透系数。服务覆盖OLED封装阻隔膜、柔性电子器件封装材料、食品医药包装膜及太阳能背板膜等各类阻隔材料,测试范围从常规包装材料到超高阻隔级别均可覆盖。
水蒸气透过率(WVTR)测试:依据ASTM E96、ASTM F1249、ISO 15106等标准,精准评估材料的防潮阻隔性能。测试范围可低至0.001 g/(m²·24h),精度达2%,可满足超高阻隔材料的测试需求。
锂电池隔膜与封装材料检测:针对固态电池和高能锂离子电池领域对氧气阻隔性能的特殊需求,提供隔膜材料OTR精准测定与电池封装材料阻氧性能评估服务,为电池界面稳定性优化和循环寿命提升提供关键数据支持。
医药包装阻隔性能检测:依据USP<671>、ISO 15378及YBB标准,提供药用复合膜、泡罩包装、高密度聚乙烯瓶等药品包装材料的OTR与WVTR测试服务,同时涵盖密封完整性测试、溶出物分析等配套检测项目,确保药品包装符合GMP规范要求。
华瑞测凭借多年的技术积累与专业的工程团队,在阻隔性能检测和薄膜材料分析领域积累了丰富的实践案例与行业经验。公司可根据不同材料体系和产品应用场景,量身定制个性化测试方案,确保检测数据的准确性、可重复性与标准合规性。针对OLED超高阻隔封装、柔性电子器件阻隔膜评价、电池隔膜OTR筛选、医药包装合规性验证等专项检测需求,公司亦提供从方案设计到数据分析的全流程技术支持,为材料研发、工艺优化、产品可靠性验证及失效分析提供全面的技术保障。
氧气透过率作为评价材料阻隔性能的核心参数,在OLED与柔性电子封装、固态电池界面稳定性评价以及医药包装质量控制等领域发挥着的作用。从OLED行业1×10⁻⁶ g/(m²·天)的阻隔要求,到固态电池中氧气迁移驱动的失效机制,再到医药包装严格的USP<671>限值标准——OTR测试已成为贯穿先进材料与高端产品全生命周期的关键技术手段。对于OLED封装材料供应商、柔性电子器件制造商、电池隔膜研发机构和医药包装生产企业,深圳华瑞测凭借其先进的检测设备与专业的技术团队,均能提供从基础OTR测定到系统阻隔性能评价的全方位技术支持与一站式解决方案。
有害化学物质和未知成分分析、金属成分分析、稀土成分分析、矿石成分分析、塑胶成分分析、认证、检验鉴定服务
一般经营项目是:环境监测、空气、水质、土壤污染物、厂界噪音检测、职业病危害因素的检测与评价;实验室检测和检测技术咨询;食品营养成分及食品中健康危害物质的检测;日用品、化妆品及工业产品的测试分析,金属、电子电气产品、矿产品、陶瓷、耐火材料、服装、鞋类、食品、家具、纺织品、皮革、药品、饲料、饰品、包装材料、农药、兽药、饲料添加剂、肥料的检测;化工产品检测(不含危
深圳市华瑞测科技有限公司,简称(citek testing),是一家从事工业产品及消费用品安全(safety),电磁兼容(emc),物理性能和化学成分检测、鉴定、认证与技术咨询的第三方实验室。citek实行化管理、商业化服务、国际化发展、重点开展工业消费产品及环境中有害化学物质和未知成分分析、金属成分分析、稀土成分分析、矿石成分分析、塑胶成分分析、认证、检验鉴定服务;并与国内外科研机构保持着紧密的合作。 ...