谱学分析解析方法在纳米说明材料研究中的应用

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1、万方数据第36卷增刊2稀有金属材料与工程v01．36．suppl．21111兰!旦垦皇!!兰!坠!竺!坠!!!型旦!型里里里!!型旦．兰苎坠婪竺谱学分析方法在纳米材料研究中的应用李红，郭林，邓胜华(北京航空航天大学材料学院．北京100083)摘要：综述了几种常见的谱学分析方法在纳米材料研究中应用的最新进展，结合典型实例r对各种谱学技术的原理、方法以及在纳米体系研究中所能提供的各种信息进行了归纳和分析，并对谱学分析方法在纳米材料研究中进一步戍用的前景进行了展望。美键词：谱学分析；纳米材料；应用中图法分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1002-185x(2007)s2—134·

2、04纳米材料的组成及其结构是决定其性能和应用的关键因素【“”，弄清纳米村料的微观结构对了解纳米材料的特性和应用具有极其重要的意义，而要探讨纳米材料的结构与性能之间的关系，就必须对其在原子尺度和纳米尺度t进行表征，因此，对纳米材料组分与结构的表征和性能方面的研究是纳米科技最苇要的研究课题。研究纳米材料的方法很多，谱学分析既能探知其微观结构的信息义能了解纳米材料的许多胜质．无疑是研究纳米材料的有力__[具之一。本文将结合最新的研究实例对一些谱学方法在纳米材料中的应用进行综述。1红外光谱红外光谱(IR)是研究分子振动和转动的光谱。在纳米材料研究中，红外光谱可提供纳米材料中的空位、间隙原子

3、、位错、晶界和相界等方面的信息。通过IR的测定，不仅可以提供材料表面的结构信息，确定最佳实验条件．考察材料的红外吸收特性【41；赵杰等[51在对二氧化锡纳米粉体的红外光谱进行研究时发现：o．SⅡ一O变角振动的强度对晶粒大小的变化相当敏感。根据O．smO变角振动的强度变化，红外光谱还可以作为一种估测sn02晶化程度和粒径大小的表征手段。孔乐【”用红外光谱研究纳米管的晶格振动，室温下测量单壁碳纳米管(swcNTs)的红外光谱，在透射模式下观察到其晶格振动模的红外吸收峰(图1)，通过与晶格动力学理论计算值对照得H{振动模的初步归属。在讨论单壁碳纳米管高频振动模与管径的关系，并与高取向热解

4、石爨振动模进行对比时发现红外吸收光谱包含有碳纳米管的许多信息，是研究其晶格动力学的有效方法。晶格动力学的研究可提供碳纳米管的管释和螺旋性等方面的信息，在理论实验研究中占有重要地位。WjveNumb盯／cm“图l单擘碳纳米营的红外光谱(经过平滑处理)Figln二IRspec订aofswNT衰减全反射红外光谱(FTlR．ATR)技术通过入射角的改变，红外光透入样品的深度将发生变化，可以得到不同深度处样品的信息。用衰减全反射红外光谱研究纳米sj02粒子在紫外光固化复台涂层中的迁移现象‘”，从红外谱图中不但能清楚的看出纳米si02粒子在涂层厚度方向上分布的变化，还可利用1100cm“和10

5、80cm_1峰相对强度随穿透深度的变化曲线斜率对纳米sio，粒子在涂层中沿厚度方向上的分布梯度进行半定量表征。2拉曼光谱拉曼光谱是研究晶体或分子结构的重要手段。用挣曼散射的方法可迅速定出分子振动的固有频率，并可决定分子的对称性、分子内部的作用力等。在纳米材料的研究中，拉曼光谱可对纳米材料进行分子结构、收稿日期：2007—02-20作者简介：李红，女，1963年生，讲师，北京航空航天大学材料学院，北京t00083，电话：010-82338304，E-m且iI：t咄h@bmeducn万方数据李红等：谱学分析方法在纳米材科研究中的应用·135·键态特征分析和定性鉴定【”。特别是对于研究低

6、维纳米材料．它已成为首选方法之一。表面增强挣曼光谱(sERs)是一种非常有效的探测界面特性和分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构的工具。它在分子水平上研究材料分子的结构信息。如银纳米粒子、银胶体粒子的联卟啉等19J。传统光学手段无法对纳米尺度的结构进行光谱探测，只能收集纳米结构集合的平均光谱信息。近场拉曼光谱技术可以实现对纳米尺度上的散射光进行收集，结合利用相对成熟的表面增强、共振增强等技术[1q增强微弱的近场拉曼信号，获得样品的近场拉曼光谱信息。近场拉曼光谱手段出现，实现了真正意义上用拉曼光谱对单个swcNT的结构和特性进行表征。HayEawa【“】在扫描区域的控制和分

7、离技术保证下，对单个SwcNTs进行近场拉曼探测。单个swcNTs的拉曼光谱图反映了碳纳米管局部分子的振动信息，探测所得的G带、D带对于研究单个swcNTs的结构和生长缺陷等有着极为重要的作用。对于不同模式的单个swcNT，它们的近场和远场拉曼谱的对照结果见图2。R且m¨Shi剐cm’1图2试样的Ramn光谱图Fig．2(A)Ra眦spcc打aofdngs呲hi鸣ofadi犯olc，聃a卜丘cld(upper)，伽。矗cld(10wef)，(B)np-如h蛐ccdnc