拉曼光谱在复合材料界面研究中的应用_胡业勤.pdf

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1、广西轻工业2010年4月第4期（总第137期）GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY化工与材料拉曼光谱在复合材料界面研究中的应用胡业勤，陈善华（成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都610059）【摘要】介绍了拉曼光谱的原理，对拉曼光谱技术在复合材料研究中的应用进行了详细的阐述，并概述了应用前景。【关键词】拉曼光谱；复合材料；界面；微结构；残余应力【中图分类号】TB332【文献标识码】A【文章编号】1003-2673(2010)04－14－021引言有分子偶极矩的变化，而拉曼散射的发生必须在有相应分子极拉曼散射效应由印度科学家拉

2、曼(Raman)在液态苯中观察化率α的变化时才能实现，这是和红外光谱所不同的，因而在到，此后，拉曼光谱术由于比中红外吸收更易于获得分子振动红外光谱中检测不出的光谱，可以在拉曼光谱中得到，使得两的信息一度获得广泛应用。20世纪40年代红外仪器学取得巨种光谱相互补充。电荷分布中心对称的键，红外吸收很弱而拉大进展，使得用弧汞灯作激发光源的拉曼光谱术成为受到限制曼散射却很强。一般来说，没有对称中心的分子，其红外和拉曼的特殊技术。直到20世纪60年代激光替代弧汞灯作为激发光光谱都是活性的。凡具有对称中心的分子，若其红外是活性的，源以及随后傅立叶变换技术的出现和

3、CCD检测器的引入使则其拉曼就是非活性的；反之，若拉曼是活性的，则其红外是非用，拉曼光谱技术的应用范围才不断扩大，使拉曼光谱分析在活性的。拉曼光谱对分子骨架较灵敏，红外光谱对连接在骨架材料、化工、石油、高分子、生物、医学、环保、地质等领域取得很上的官能团较灵敏。水对拉曼光谱影响较小，所以拉曼光谱较大的发展。适合做水化物的结构测定。因此，一些红外光谱仪无法检测的信息在拉曼光谱仪上能很好地表现出来[4，5]。2拉曼光谱简介Raman散射是物质的一种非弹性光散射现象，由分子振4拉曼光谱在复合材料界面研究中的应用动能态间的跃迁造成。当一束频率为ν0的单色光与

4、分子或晶复合材料是由增强体、基体以及增强体和基体之间的界面体相互作用时，大部分光只是改变方向发生弹性散射，光子和所组成的两相或多相材料。在基体和增强体确定的情况下，增分子间没有能量交换，光的频率仍与入射光频率相同，这种散强体的强度和刚性在复合材料中能否得到充分利用取决于界射称为瑞利散射，约为入射光总强度的10-3；少部分光与分子面的载荷传递能力，因而良好的界面结合成为制作复合材料的发生了非弹性碰撞，不仅改变了传播方向，光子与分子之间还关键，所以研究复合材料界面的表征和优化等对材料的设计起到了非常重要的作用[8，9]。界面性能包括界面化学反应、界面应发

5、生了能量交换，光子的一部分能量传递给分子，或者分子的振动和转动能量传递给光子，散射光的频率改变为ν0±△ν，力、界面相微观结构。近年来，拉曼光谱术已经在复合材料的界称为拉曼散射，约占散射光总强度的10-10~10-6，频率的改变量面研究中做出了杰出的贡献，在复合材料微观力学方面的研究与入射光频率ν0无关，由散射物质的性质决定，对应于散射尤为突出。材料中分子或晶格振动模式的频率。光子辐射跃迁的频率为4.1在复合材料界面微观结构研究中的应用ν0-△ν时，为斯托克斯拉曼散射；散射光的频率为ν0+△ν与常用来研究界面微观结构的透射电子显微技术需要冗时称为反斯

6、托克斯拉曼散射[1-3]。斯托克斯线和反斯托克斯线统长而复杂的试样准备过程以及繁杂的仪器操作相比，拉曼光谱称为拉曼(Raman)散射光谱。拉曼散射中以斯托克斯线为主，反术应用十分简便，能快速获得结果，而且经常能获得其他技术斯托克斯线的强度很低，一般很难观察到。难以得到的信息。张福勤等[10]采用显微激光拉曼光谱分析表征了两种不同3拉曼光谱与红外光谱机理比较C/C复合材料炭结构的微观分布特征及其在石墨化过程中的拉曼光谱与红外光谱同属分子振动光谱，但拉曼光谱研究变化状况，发现炭纤维体积含量较高的炭布层中的热解炭与网分子振动和转动模式的原理和机制都与红外光

7、谱不同，红外光胎层中的热解炭相比石墨微晶的完整度较好，石墨化进程较谱是分子对红外光的特征吸收，吸收光谱中光子的能量必须等快；在炭纤维体积含量较低的网胎层中，炭纤维及热解炭在其于分子的某两个能级之间的能量差，这样光子才能被分子有效界面部位的石墨化进程较快；粗糙层结构热解炭比光滑层结构吸收。拉曼光谱则是分子对光的散射，入射光子的频率和分子热解炭容易石墨化。杨序纲等[11]使用显微拉曼光谱技术研究了SiC纤维增强跃迁所涉及的能量差之间并没有确定的关系。红外吸收振动要【作者简介】胡业勤，女，26岁，湖南新化人，硕士研究生，研究方向：镁合金复合材料结构与性能。

8、14碳化硅、JG6玻璃和Pyrex玻璃复合材料界面的微观结构。研5结语究表明，复合材料的制造过程使纤维内自由