應(yīng)用拉曼光譜學

目錄
前言
第1章　應(yīng)用拉曼光譜學基礎(chǔ)　1
1.1　引言　1
1.2　拉曼散射及其經(jīng)典理論　2
1.2.1　拉曼散射和拉曼光譜　2
1.2.2　光散射　5
1.3　拉曼散射的偏振　5
1.4　拉曼峰的強度　6
1.5　振動頻率和旋轉(zhuǎn)頻率　8
1.6　溫度和壓力對拉曼峰的影響　9
1.7　定量分析和定性分析　11
1.7.1　定量分析　12
1.7.2　定性分析　12
1.8　拉曼光譜的噪聲及其減除方法　13
1.8.1　發(fā)射噪聲　14
1.8.2　熒光和磷光　14
1.8.3　黑體輻射　17
1.8.4　其他背景光　18
參考文獻　18
第2章　拉曼光譜儀器學和主要技術(shù)　20
2.1　引言　20
2.2　濾光器型拉曼光譜儀　21
2.3　分光光譜儀型拉曼光譜儀　22
2.4　邁克耳孫干涉儀型拉曼光譜儀　23
2.5　拉曼探針——顯微拉曼光譜術(shù)　25
2.5.1　橫向分辨率——顯微鏡系統(tǒng)　25
2.5.2　軸向分辨率——共焦顯微拉曼光譜術(shù)　26
2.5.3　成像拉曼光譜術(shù)　27
2.6　拉曼探針——纖維光學拉曼光譜術(shù)　28
2.6.1　不成像探針　29
2.6.2　聚焦探針　30
2.6.3　不成像探針和聚焦探針的適用場合　31
2.6.4　光纜的安裝和保護　31
2.7　激光器　32
2.7.1　激光器的種類　32
2.7.2　各類激光器的適用場合　33
2.7.3　激光器使用的安全問題　34
2.8　探測器　34
2.8.1　硅CCD探測器　34
2.8.2　光電倍增管　35
2.9　試樣準備和安置　35
2.9.1　固體試樣　35
2.9.2　氣體試樣　36
2.9.3　液體試樣　36
2.9.4　激光照射引起的試樣損傷　36
2.9.5　差分拉曼光譜術(shù)　37
2.9.6　其他附屬裝置　38
2.10　增強拉曼光譜術(shù)　38
2.10.1　表面增強拉曼光譜術(shù)　38
2.10.2　共振增強拉曼光譜術(shù)　40
2.10.3　針尖增強和近場光學拉曼光譜術(shù)　41
2.11　拉曼光譜術(shù)與其他測試技術(shù)的聯(lián)用　45
2.11.1　概述　45
2.11.2　拉曼光譜術(shù)與AFM的聯(lián)合　47
2.11.3　拉曼光譜術(shù)與SEM的聯(lián)合　53
2.11.4　拉曼光譜術(shù)與紅外光譜術(shù)的聯(lián)合　58
參考文獻　61
第3章　聚合物的拉曼光譜及其應(yīng)用　63
3.1　引言　63
3.2　聚合物的拉曼光譜鑒別　64
3.2.1　參照光譜法　64
3.2.2　光譜剝離法　65
3.2.3　拉曼光譜術(shù)與紅外光譜術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用　67
3.2.4　含填料聚合物　68
3.2.5　多相聚合物　68
3.2.6　計算機圖像識別技術(shù)　68
3.2.7　廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域　69
3.3　聚合物成分的定量測定　70
3.3.1　基本原理　70
3.3.2　實例　70
3.3.3　多變量技術(shù)　72
3.3.4　線性分解法　72
3.4　聚合物的分子結(jié)構(gòu)　73
3.4.1　構(gòu)象異構(gòu)體　73
3.4.2　構(gòu)型異構(gòu)體　74
3.4.3　立構(gòu)規(guī)整度　76
3.4.4　測序和端基的測定　76
3.5　聚合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)　76
3.5.1　聚合物結(jié)晶度的測定方法　77
3.5.2　與聚合物結(jié)晶態(tài)相關(guān)的拉曼光譜峰　77
3.5.3　PET纖維結(jié)晶度的測定　78
3.5.4　全同立構(gòu)聚丙烯結(jié)晶度的定量測定　79
3.5.5　聚合物結(jié)晶度的定性評定　81
3.5.6　影響結(jié)晶度測定的其他因素　81
3.6　聚合物的取向結(jié)構(gòu)　82
3.6.1　取向狀態(tài)的定量描述　82
3.6.2　取向分布的測定方法　83
3.6.3　取向分布的測定實例　83
3.7　共混聚合物的相結(jié)構(gòu)　86
3.7.1　共混聚合物相結(jié)構(gòu)的測試方法　86
3.7.2　成分的區(qū)域分布像　87
3.7.3　結(jié)晶度的區(qū)域分布像　90
3.8　聚合物的固化和降解　90
3.8.1　固化　90
3.8.2　降解　92
3.9　聚合反應(yīng)動力學　92
3.9.1　內(nèi)標峰及其選擇　93
3.9.2　熱塑性材料的反應(yīng)動力學　96
3.9.3　應(yīng)用拉曼光譜術(shù)監(jiān)測反應(yīng)動力學的限制　99
3.10　聚合物加工的在線測試　99
3.10.1　固態(tài)聚合物　99
3.10.2　熔融態(tài)聚合物　100
3.10.3　在線測試的困難和解決方法　101
3.11　聚合物形變的拉曼光譜行為　104
3.11.1　聚酰胺6的拉曼光譜　104
3.11.2　聚酰胺6形變下的結(jié)晶相轉(zhuǎn)變　105
參考文獻　107
第4章　碳、礦物質(zhì)和半導體的拉曼光譜　112
4.1　引言　112
4.2　石墨類碳和無定形碳　113
4.2.1　石墨類碳和無定形碳的拉曼光譜　113
4.2.2　碳纖維的拉曼光譜　115
4.2.3　碳纖維和碳/碳復合材料的微觀結(jié)構(gòu)　119
4.2.4　石墨插層化合物　121
4.3　金剛石類碳　123
4.3.1　概述　123
4.3.2　單晶金剛石　123
4.3.3　微米晶金剛石　123
4.3.4　納米晶金剛石　125
4.3.5　金剛石型碳氫化合物　126
4.4　球碳　126
4.4.1　球碳的結(jié)構(gòu)　126
4.4.2　球碳的振動和拉曼光譜　127
4.5　碳納米管　129
4.5.1　碳納米管的結(jié)構(gòu)和拉曼光譜　129
4.5.2　碳納米管形變的拉曼光譜行為　131
4.5.3　碳納米管/聚合物復合材料的增強機制　135
4.5.4　碳納米管取向的拉曼光譜術(shù)測定　140
4.6　礦物質(zhì)的拉曼光譜術(shù)鑒別　144
4.6.1　概述　144
4.6.2　寶石的鑒別　144
4.6.3　珍珠的拉曼光譜鑒別和熒光光譜鑒別　146
4.7　半導體的拉曼光譜表征　148
4.7.1　半導體材料的成分　148
4.7.2　結(jié)晶結(jié)構(gòu)和晶體取向　150
4.7.3　界面結(jié)構(gòu)　154
4.7.4　局部溫度的檢測　156
4.7.5　應(yīng)力和應(yīng)變　158
參考文獻　160
第5章　石墨烯及其復合材料的拉曼光譜表征　164
5.1　石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)　164
5.1.1　石墨烯層數(shù)的測定　164
5.1.2　石墨烯的缺陷和無序　166
5.1.3　石墨烯的邊緣手性　168
5.1.4　石墨烯的應(yīng)變　170
5.1.5　氧化石墨烯的拉曼光譜　171
5.1.6　功能化石墨烯　172
5.1.7　石墨烯片的取向　176
5.2　模型石墨烯納米復合材料　180
5.2.1　石墨烯的拉曼峰行為對應(yīng)變的響應(yīng)　180
5.2.2　界面應(yīng)力傳遞　183
5.3　聚合物基石墨烯納米復合材料　193
5.3.1　石墨烯/PDMS納米復合材料的界面應(yīng)力傳遞　194
5.3.2　氧化石墨烯/聚合物納米復合材料的界面應(yīng)力傳遞　196
5.4　陶瓷基和金屬基石墨烯納米復合材料　197
5.4.1　陶瓷基石墨烯納米復合材料　198
5.4.2　金屬基石墨烯納米復合材料　200
參考文獻　201
第6章　復合材料微觀力學的拉曼光譜分析　206
6.1　復合材料界面微觀力學的主要試驗方法　206
6.1.1　單纖維拉出試驗　206
6.1.2　微滴包埋拉出試驗　208
6.1.3　單纖維斷裂試驗　208
6.1.4　纖維壓出試驗　209
6.1.5　彎曲試驗　210
6.2　陶瓷纖維的微觀結(jié)構(gòu)和形變微觀力學　211
6.2.1　Nicalon類碳化硅纖維　211
6.2.2　SCS類碳化硅纖維　214
6.2.3　氧化鋁-氧化鋯纖維　217
6.2.4　純氧化鋁纖維　219
6.3　高性能合成纖維的形變微觀力學　220
6.3.1　PPTA纖維　220
6.3.2　PBO纖維　221
6.3.3　超高分子量聚乙烯纖維　223
6.3.4　PET纖維　226
6.3.5　高性能合成纖維分子形變的共性　227
6.4　碳纖維的形變微觀力學　227
6.5　陶瓷纖維增強復合材料的界面行為　229
6.5.1　碳化硅纖維/玻璃復合材料的拉出試驗　229
6.5.2　壓負荷下的SiC/SiC復合材料　233
6.5.3　碳化硅/陶瓷復合材料的搭橋纖維試驗　233
6.5.4　陶瓷基復合材料界面微結(jié)構(gòu)的拉曼測定　235
6.6　高性能合成纖維增強聚合物基復合材料的界面行為　238
6.6.1　全包埋單纖維拉伸斷裂試驗　239
6.6.2　單纖維拉出試驗　241
6.6.3　微滴單纖維包埋拉出試驗　244
6.7　碳纖維增強復合材料的界面行為　245
6.7.1　聚合物基碳纖維增強復合材料　245
6.7.2　碳纖維/碳復合材料　249
6.8　天然纖維及其復合材料的形變微觀力學　252
6.8.1　高模量纖維素纖維　252
6.8.2　天然纖維素纖維及其復合材料　255
6.8.3　蜘蛛絲纖維和蠶絲纖維　257
6.9　復合材料的殘余應(yīng)變/應(yīng)力　259
6.9.1　玻璃基復合材料　260
6.9.2　金屬基復合材料　263
6.9.3　陶瓷基復合材料和陶瓷材料　264
6.9.4　Al-Si共晶體　266
參考文獻　267
第7章　復合材料微觀力學的熒光光譜分析　273
7.1　熒光的發(fā)射和熒光光譜　273
7.2　熒光峰波數(shù)與應(yīng)力的關(guān)系　274
7.2.1　熒光光譜的壓譜效應(yīng)　274
7.2.2　單晶氧化鋁的壓譜系數(shù)及其測定　275
7.2.3　多晶氧化鋁纖維熒光峰波數(shù)與應(yīng)變的關(guān)系　277
7.2.4　玻璃纖維熒光峰波長與應(yīng)變/應(yīng)力的關(guān)系　281
7.3　玻璃基復合材料的熱殘余應(yīng)變和界面剪切應(yīng)力　282
7.4　外負荷下玻璃基復合材料的界面行為　286
7.4.1　拉伸應(yīng)力導致的界面破壞　286
7.4.2　界面應(yīng)力傳遞模型的修正　288
7.5　金屬基復合材料的壓出試驗　289
7.6　聚合物基復合材料的單纖維斷裂試驗　291
7.7　纖維的徑向應(yīng)力：Broutman試驗　291
7.8　復合材料內(nèi)部纖維間的相互作用　295
7.9　ZrO2-Al2O3層狀復合材料的殘余應(yīng)變　296
參考文獻　297
第8章　拉曼光譜術(shù)在生物醫(yī)學和藥物學中的應(yīng)用　300
8.1　拉曼光譜術(shù)的生物醫(yī)學應(yīng)用概述　300
8.2　基本生物體組成物的拉曼光譜特性　301
8.2.1　核酸　302
8.2.2　多肽和蛋白質(zhì)　303
8.2.3　類脂和生物膜　304
8.3　拉曼光譜的生物醫(yī)學應(yīng)用　305
8.3.1　血管學　305
8.3.2　結(jié)石　307
8.3.3　矯形外科　309
8.3.4　牙科學