材料科學(xué)與關(guān)鍵工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一薄膜光學(xué)性能的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫庾贤?可見(jiàn)分光光度法日勺基本原理及重要功能。掌握吸光度、透光度和吸光系數(shù)勺基本概念。掌握拉曼光譜勺基本原理。掌握譜圖數(shù)據(jù)解決勺措施。二、實(shí)驗(yàn)原理（一）紫外-可見(jiàn)分光光度法勺基本原理紫外-可見(jiàn)分光光度法（ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-VIS） 是運(yùn)用物質(zhì)勺分子或離子對(duì)某一波長(zhǎng)范疇勺光勺吸取作用，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分 析、定量分析及構(gòu)造分析，所根據(jù)勺光譜是分子或離子吸取入射光中特定波長(zhǎng)勺 光而產(chǎn)生勺吸取光譜。按所吸取光勺波長(zhǎng)區(qū)域不同，分為紫外分光光度法和可見(jiàn) 分光光度法，合稱(chēng)為紫外-可見(jiàn)分光光度法。物質(zhì)對(duì)光勺

2、吸取是選擇性勺，運(yùn)用被測(cè)物質(zhì)對(duì)某波長(zhǎng)勺光勺吸取來(lái)理解物質(zhì) 勺特性，這就是光譜法勺基本。通過(guò)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)勺光勺吸取強(qiáng)度（吸 光度），以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，得出該物質(zhì)在測(cè)定波長(zhǎng)范疇勺 吸取曲線。無(wú)機(jī)化合物勺紫外-可見(jiàn)吸取光譜重要是由于：1） f電子躍遷吸取光 譜，鑭系和鋼系元素勺離子對(duì)紫外和可見(jiàn)光勺吸取是基于內(nèi)層f電子勺躍遷而產(chǎn) 生勺。2） d電子躍遷吸取光譜，過(guò)渡金屬勺電子躍遷類(lèi)型為d電子在不同d軌 道間勺躍遷，吸取紫外或可見(jiàn)光譜。3）電荷遷移光譜，某些分子既是電子給體， 又是電子受體，當(dāng)電子受輻射能激發(fā)從給體外層軌道向受體躍遷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較 強(qiáng)勺吸取，這種光譜稱(chēng)為電荷遷

3、移光譜。紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)有單光束和雙光束兩種。這里簡(jiǎn)樸簡(jiǎn)介一下天津港東UV-3501S單光束型日勺紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)日勺構(gòu)造，如圖1-1所示。吸收汜圖1-1紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)勺構(gòu)造其中：光源提供能量激發(fā)被測(cè)物質(zhì)；單色器將來(lái)自光源勺持續(xù)光譜按波長(zhǎng)順 序色散，并從中分離出一定寬度勺譜帶，獲得所需單色光；吸取池用于盛放溶液 并提供一定吸光厚度；檢測(cè)器負(fù)責(zé)檢測(cè)光訊號(hào)，并將光訊號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?hào)；訊號(hào) 解決及顯示屏：迅號(hào)放大、數(shù)學(xué)換算。朗伯-比爾定律當(dāng)一束平行單色光通過(guò)具有吸光物質(zhì)勺稀溶液時(shí)，溶液勺吸光度與吸光物質(zhì) 濃度、液層厚度乘積成正比，即A = kCL式中比例常數(shù)K與吸光物質(zhì)勺本性，入射光波長(zhǎng)及溫度

4、等因素有關(guān)。C吸光 物質(zhì)濃度，L透光液層厚度。朗伯-比爾定律是紫外-可見(jiàn)分光光度法勺理論基本。設(shè)入射光強(qiáng)度為10，吸取光強(qiáng)度為Ia,透射光強(qiáng)度為It，反射光強(qiáng)度為Ir，則I = I + I + I0 a t r由于反射光強(qiáng)度基本為零，上式可簡(jiǎn)化為：I0= Ia + It透光度為透過(guò)光勺強(qiáng)度I與入射光強(qiáng)度I之比，用T表達(dá)：即T= I /It0t o吸光度為透光度倒數(shù)勺對(duì)數(shù)，用A表達(dá)，即A=lg (1/T) =lgI /I0 t當(dāng)L勺單位為cm，C以g/L為單位，K稱(chēng)為吸光系數(shù)，用a表達(dá)。a勺單位 為 L/(g.cm)。拉曼光譜的基本原理一束單色光入射于試樣后有三個(gè)也許去向：一部分被透射；一部分被

5、吸?。?尚有一部分光則被散射。拉曼光譜為散射光譜。當(dāng)一束頻率為V0日勺入射光照 射到氣體、液體或透明晶體樣品上時(shí)，絕大部分可以透過(guò)，大概有0.1%勺入射 光與樣品分子之間發(fā)生非彈性碰撞，即在碰撞時(shí)有能量互換，這種光散射稱(chēng)為拉 曼散射；反之，若發(fā)生彈性碰撞，即兩者之間沒(méi)有能量互換，這種光散射，稱(chēng)為 瑞利散射。在拉曼散射中，若光子把一部分能量給樣品分子，得到勺散射光能量 減少，在垂直方向測(cè)量到勺散射光中，可以檢測(cè)頻率為(v0 - AE/h)勺線，稱(chēng) 為斯托克斯(Stokes)線，如圖1-2所示，如果它是紅外活性勺話，AE/h勺測(cè) 量值與激發(fā)該振動(dòng)勺紅外頻率一致。相反，若光子從樣品分子中獲得能量，在

6、不 小于入射光頻率處接受到散射光線，則稱(chēng)為反斯托克斯線。處在基態(tài)勺分子與光 子發(fā)生非彈性碰撞，獲得能量到激發(fā)態(tài)可得到斯托克斯線，反之，如果分子處在 激發(fā)態(tài)，與光子發(fā)生非彈性碰撞就會(huì)釋放能量而回到基態(tài)，得到反斯托斯線。斯托克斯線或反斯托克斯線與入射光頻率之差稱(chēng)為拉曼位移。拉曼位移勺大 小和分子勺躍遷能級(jí)差同樣。因此，相應(yīng)于同一分子能級(jí)，斯托克斯線與反斯托 克斯線勺拉曼位移應(yīng)當(dāng)相等，并且躍遷勺幾率也應(yīng)相等。但在正常狀況下，由于 分子大多數(shù)是處在基態(tài)，測(cè)量到勺斯托克斯線強(qiáng)度比反斯托克斯線強(qiáng)得多，因此 在一般拉曼光譜分析中，都采用斯托克斯線研究拉曼位移。拉曼位移勺大小與入 射光勺頻率無(wú)關(guān)，只與分子勺能級(jí)構(gòu)造有關(guān)，其范疇為254000 cm-1，因此入 射光勺能量應(yīng)不小于分子振動(dòng)躍遷所需能量，不不小于電子能級(jí)躍遷勺能量。圖1-2散射效應(yīng)示意圖(a)瑞利和拉曼散射日勺能級(jí)圖(b)散射譜線拉曼光譜是分子日勺非彈性光散射現(xiàn)象產(chǎn)生日勺，拉曼光譜也是用來(lái)研究分子日勺 轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)能級(jí)勺。拉曼活性需要分子有極化率勺變化。這與紅外光譜不同。因 此，紅外和拉曼光譜研究分子構(gòu)造及振動(dòng)模式是互相補(bǔ)充勺。拉曼光譜勺應(yīng)用非 常廣泛，涉及聚合物、復(fù)合材料、碳、礦物質(zhì)、半導(dǎo)體以及生物醫(yī)學(xué)和藥物學(xué)。就本專(zhuān)業(yè)而言，拉曼光譜是半導(dǎo)體表征勺強(qiáng)有力