应用拉曼光谱学

目录
前言
第1章　应用拉曼光谱学基础　1
1.1　引言　1
1.2　拉曼散射及其经典理论　2
1.2.1　拉曼散射和拉曼光谱　2
1.2.2　光散射　5
1.3　拉曼散射的偏振　5
1.4　拉曼峰的强度　6
1.5　振动频率和旋转频率　8
1.6　温度和压力对拉曼峰的影响　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　拉曼光谱的噪声及其减除方法　13
1.8.1　发射噪声　14
1.8.2　荧光和磷光　14
1.8.3　黑体辐射　17
1.8.4　其他背景光　18
参考文献　18
第2章　拉曼光谱仪器学和主要技术　20
2.1　引言　20
2.2　滤光器型拉曼光谱仪　21
2.3　分光光谱仪型拉曼光谱仪　22
2.4　迈克耳孙干涉仪型拉曼光谱仪　23
2.5　拉曼探针——显微拉曼光谱术　25
2.5.1　横向分辨率——显微镜系统　25
2.5.2　轴向分辨率——共焦显微拉曼光谱术　26
2.5.3　成像拉曼光谱术　27
2.6　拉曼探针——纤维光学拉曼光谱术　28
2.6.1　不成像探针　29
2.6.2　聚焦探针　30
2.6.3　不成像探针和聚焦探针的适用场合　31
2.6.4　光缆的安装和保护　31
2.7　激光器　32
2.7.1　激光器的种类　32
2.7.2　各类激光器的适用场合　33
2.7.3　激光器使用的安全问题　34
2.8　探测器　34
2.8.1　硅CCD探测器　34
2.8.2　光电倍增管　35
2.9　试样准备和安置　35
2.9.1　固体试样　35
2.9.2　气体试样　36
2.9.3　液体试样　36
2.9.4　激光照射引起的试样损伤　36
2.9.5　差分拉曼光谱术　37
2.9.6　其他附属装置　38
2.10　增强拉曼光谱术　38
2.10.1　表面增强拉曼光谱术　38
2.10.2　共振增强拉曼光谱术　40
2.10.3　针尖增强和近场光学拉曼光谱术　41
2.11　拉曼光谱术与其他测试技术的联用　45
2.11.1　概述　45
2.11.2　拉曼光谱术与AFM的联合　47
2.11.3　拉曼光谱术与SEM的联合　53
2.11.4　拉曼光谱术与红外光谱术的联合　58
参考文献　61
第3章　聚合物的拉曼光谱及其应用　63
3.1　引言　63
3.2　聚合物的拉曼光谱鉴别　64
3.2.1　参照光谱法　64
3.2.2　光谱剥离法　65
3.2.3　拉曼光谱术与红外光谱术的联合应用　67
3.2.4　含填料聚合物　68
3.2.5　多相聚合物　68
3.2.6　计算机图像识别技术　68
3.2.7　广泛的应用领域　69
3.3　聚合物成分的定量测定　70
3.3.1　基本原理　70
3.3.2　实例　70
3.3.3　多变量技术　72
3.3.4　线性分解法　72
3.4　聚合物的分子结构　73
3.4.1　构象异构体　73
3.4.2　构型异构体　74
3.4.3　立构规整度　76
3.4.4　测序和端基的测定　76
3.5　聚合物的结晶结构　76
3.5.1　聚合物结晶度的测定方法　77
3.5.2　与聚合物结晶态相关的拉曼光谱峰　77
3.5.3　PET纤维结晶度的测定　78
3.5.4　全同立构聚丙烯结晶度的定量测定　79
3.5.5　聚合物结晶度的定性评定　81
3.5.6　影响结晶度测定的其他因素　81
3.6　聚合物的取向结构　82
3.6.1　取向状态的定量描述　82
3.6.2　取向分布的测定方法　83
3.6.3　取向分布的测定实例　83
3.7　共混聚合物的相结构　86
3.7.1　共混聚合物相结构的测试方法　86
3.7.2　成分的区域分布像　87
3.7.3　结晶度的区域分布像　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　聚合反应动力学　92
3.9.1　内标峰及其选择　93
3.9.2　热塑性材料的反应动力学　96
3.9.3　应用拉曼光谱术监测反应动力学的限制　99
3.10　聚合物加工的在线测试　99
3.10.1　固态聚合物　99
3.10.2　熔融态聚合物　100
3.10.3　在线测试的困难和解决方法　101
3.11　聚合物形变的拉曼光谱行为　104
3.11.1　聚酰胺6的拉曼光谱　104
3.11.2　聚酰胺6形变下的结晶相转变　105
参考文献　107
第4章　碳、矿物质和半导体的拉曼光谱　112
4.1　引言　112
4.2　石墨类碳和无定形碳　113
4.2.1　石墨类碳和无定形碳的拉曼光谱　113
4.2.2　碳纤维的拉曼光谱　115
4.2.3　碳纤维和碳/碳复合材料的微观结构　119
4.2.4　石墨插层化合物　121
4.3　金刚石类碳　123
4.3.1　概述　123
4.3.2　单晶金刚石　123
4.3.3　微米晶金刚石　123
4.3.4　纳米晶金刚石　125
4.3.5　金刚石型碳氢化合物　126
4.4　球碳　126
4.4.1　球碳的结构　126
4.4.2　球碳的振动和拉曼光谱　127
4.5　碳纳米管　129
4.5.1　碳纳米管的结构和拉曼光谱　129
4.5.2　碳纳米管形变的拉曼光谱行为　131
4.5.3　碳纳米管/聚合物复合材料的增强机制　135
4.5.4　碳纳米管取向的拉曼光谱术测定　140
4.6　矿物质的拉曼光谱术鉴别　144
4.6.1　概述　144
4.6.2　宝石的鉴别　144
4.6.3　珍珠的拉曼光谱鉴别和荧光光谱鉴别　146
4.7　半导体的拉曼光谱表征　148
4.7.1　半导体材料的成分　148
4.7.2　结晶结构和晶体取向　150
4.7.3　界面结构　154
4.7.4　局部温度的检测　156
4.7.5　应力和应变　158
参考文献　160
第5章　石墨烯及其复合材料的拉曼光谱表征　164
5.1　石墨烯的结构和性质　164
5.1.1　石墨烯层数的测定　164
5.1.2　石墨烯的缺陷和无序　166
5.1.3　石墨烯的边缘手性　168
5.1.4　石墨烯的应变　170
5.1.5　氧化石墨烯的拉曼光谱　171
5.1.6　功能化石墨烯　172
5.1.7　石墨烯片的取向　176
5.2　模型石墨烯纳米复合材料　180
5.2.1　石墨烯的拉曼峰行为对应变的响应　180
5.2.2　界面应力传递　183
5.3　聚合物基石墨烯纳米复合材料　193
5.3.1　石墨烯/PDMS纳米复合材料的界面应力传递　194
5.3.2　氧化石墨烯/聚合物纳米复合材料的界面应力传递　196
5.4　陶瓷基和金属基石墨烯纳米复合材料　197
5.4.1　陶瓷基石墨烯纳米复合材料　198
5.4.2　金属基石墨烯纳米复合材料　200
参考文献　201
第6章　复合材料微观力学的拉曼光谱分析　206
6.1　复合材料界面微观力学的主要试验方法　206
6.1.1　单纤维拉出试验　206
6.1.2　微滴包埋拉出试验　208
6.1.3　单纤维断裂试验　208
6.1.4　纤维压出试验　209
6.1.5　弯曲试验　210
6.2　陶瓷纤维的微观结构和形变微观力学　211
6.2.1　Nicalon类碳化硅纤维　211
6.2.2　SCS类碳化硅纤维　214
6.2.3　氧化铝-氧化锆纤维　217
6.2.4　纯氧化铝纤维　219
6.3　高性能合成纤维的形变微观力学　220
6.3.1　PPTA纤维　220
6.3.2　PBO纤维　221
6.3.3　超高分子量聚乙烯纤维　223
6.3.4　PET纤维　226
6.3.5　高性能合成纤维分子形变的共性　227
6.4　碳纤维的形变微观力学　227
6.5　陶瓷纤维增强复合材料的界面行为　229
6.5.1　碳化硅纤维/玻璃复合材料的拉出试验　229
6.5.2　压负荷下的SiC/SiC复合材料　233
6.5.3　碳化硅/陶瓷复合材料的搭桥纤维试验　233
6.5.4　陶瓷基复合材料界面微结构的拉曼测定　235
6.6　高性能合成纤维增强聚合物基复合材料的界面行为　238
6.6.1　全包埋单纤维拉伸断裂试验　239
6.6.2　单纤维拉出试验　241
6.6.3　微滴单纤维包埋拉出试验　244
6.7　碳纤维增强复合材料的界面行为　245
6.7.1　聚合物基碳纤维增强复合材料　245
6.7.2　碳纤维/碳复合材料　249
6.8　天然纤维及其复合材料的形变微观力学　252
6.8.1　高模量纤维素纤维　252
6.8.2　天然纤维素纤维及其复合材料　255
6.8.3　蜘蛛丝纤维和蚕丝纤维　257
6.9　复合材料的残余应变/应力　259
6.9.1　玻璃基复合材料　260
6.9.2　金属基复合材料　263
6.9.3　陶瓷基复合材料和陶瓷材料　264
6.9.4　Al-Si共晶体　266
参考文献　267
第7章　复合材料微观力学的荧光光谱分析　273
7.1　荧光的发射和荧光光谱　273
7.2　荧光峰波数与应力的关系　274
7.2.1　荧光光谱的压谱效应　274
7.2.2　单晶氧化铝的压谱系数及其测定　275
7.2.3　多晶氧化铝纤维荧光峰波数与应变的关系　277
7.2.4　玻璃纤维荧光峰波长与应变/应力的关系　281
7.3　玻璃基复合材料的热残余应变和界面剪切应力　282
7.4　外负荷下玻璃基复合材料的界面行为　286
7.4.1　拉伸应力导致的界面破坏　286
7.4.2　界面应力传递模型的修正　288
7.5　金属基复合材料的压出试验　289
7.6　聚合物基复合材料的单纤维断裂试验　291
7.7　纤维的径向应力：Broutman试验　291
7.8　复合材料内部纤维间的相互作用　295
7.9　ZrO2-Al2O3层状复合材料的残余应变　296
参考文献　297
第8章　拉曼光谱术在生物医学和药物学中的应用　300
8.1　拉曼光谱术的生物医学应用概述　300
8.2　基本生物体组成物的拉曼光谱特性　301
8.2.1　核酸　302
8.2.2　多肽和蛋白质　303
8.2.3　类脂和生物膜　304
8.3　拉曼光谱的生物医学应用　305
8.3.1　血管学　305
8.3.2　结石　307
8.3.3　矫形外科　309
8.3.4　牙科学