用拉曼光谱研究碳纤维的结构

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1、第卷30第期6高科技纤维与应用Vol.30No.62005年月12Hi-TechFiber&ApplicationDec.2005用拉曼光谱研究碳纤维的结构贺福（中国科学院山西煤炭化学研究所，太原030001）摘要:激光拉曼光谱（LRS）可用来研究碳纤维和石墨纤维的结构。单晶石墨在1580cm-1（G线）只有一条谱带，对于多晶碳纤维在1355cm-1（D线）处还可观察到另一条谱带。这归因于结晶尺寸效应。两者的相对强度比R取决于热处理温度（HTT）。随着HTT的提高，所得碳纤维具有小的R值和大的La。R与La之间存在线性关系，可用来表征碳纤维的结构。关键

2、词:碳纤维；拉曼光谱；结构中图分类号:O657.37;TQ342.74文献标识码:A文章编号:1007-9815200506-0020-06（）RamanSpectroscopyStudiesonStructureofCarbonFibresHEFu(InstituteofcoalChemistry,ChineseAcademyofScience,Taiyuan030001China)Abstract:Laserramanspectrum(LRS)werestudiedonstructureofcarbonandgraphitefibres.Asing

3、le-1ramanbandhasbeenobservedat1580cm(G-line)insinglecrystaleofgraphite,inpolycrystallinecarbon-1fibresanadditionalbandwarobservedat1355cm(D-line)andattributedtoacrystallinesizeeffect.The-1-1relativeintensityratio(R)ofthe1360cmandtothe1580cmgraphitebanddependontheheat-treatmentte

4、mperatue(HTT).TheincreaseintheHTT,yieldsacarbonfibreswithsmallRandlargercrystalliteunitsLa.AlinearrelationisfoundbetweenRandLaforthecarbonfibres.Keywords:carbonfibres;ramanspectrum;structure前言转动也不同，产生的散射光谱也不同。物质分子1928Raman年，印度物理学家拉曼（CH引发的拉曼散射可用量子理论予以解释，即频率V）在研究物质对光的散射时发现，入射光与散射为

5、vo的入射光可视为具有能量hvo的光子。当入光的波长差（严格说是频率差△v）与物质所含有射光照射到样品时，绝大部分光可透过样品，仅的分子或原子振动、转动特性有关。之后，以他有0.1%左右的入射光与试样发生非弹性碰撞而的名字命名的拉曼散射光谱得到了应用。当时，产生拉曼散射光谱。根据能量守恒定律，则有采用的光源是汞灯，光源强度不足，产生的拉曼hvoo+=Ehv+E⑴散射非常弱，使其应用受到一定限制。1960年代，激光问世，为拉曼技术提供了强光源，使其△E=EEo=hvv()o=hv△⑵灵敏度和分辨率得到大幅度提高，拓宽了应用领在上式中，△E是分子在发生散射

6、前后（非弹域，LRS成为现代分析检测的强有力工具之一。性碰撞）的能量差，△v是相应的LRS频率的位移（图）。11拉曼散射及其原理在LRS中，分子振动而产生位移应服从一定LRS是散射光谱。它的分析是基于光源激光的选择原则，即只有伴随分子极化度（Polarization）束照射到试样时发生散射现象，即产生与入射光α发生变化的分子振动模式才具有拉曼活性和产频率不同的散射光谱。物质的分子不同，振动和生拉曼散射。所谓极化度是指分子或原子在电场收稿日期:2005-10-20；修定日期:2005-11-20作者简介:1939-贺福（），男，山西交城人，研究员，主要从

7、事碳纤维的基础研究及其制造工艺研究，电话()0351-4124017(电子信箱)hefu@sxicc.ac.cn。第6期贺福：用拉曼光谱研究碳纤维的结构-21-中改变电子云分布状态的难易程度。原子由带正1αµ=+αoEoCOS2πv2AEo()△r电负荷的电子核和带负电荷的电子组成，原子核{}COS2πv+vt()1+COS2πvvt()1⑼正电荷的电重心与电子负荷的电重心是一致的，使原子呈现出电中性。同理，分子场合的具有正由式⑼可知，分子中诱导偶极矩具有三种类电荷为骨架的原子核与其周围分布的具有负电荷型的频率变化，即v、（）vv+1和（）vv-1，它

8、们分别电子也呈现出电中性。但是，当原子或分子在电代表着瑞利散射、反斯托克斯线（Anti-sto