利用离散偶极近似(discrete dipole approximation,DDA)的方法,系统研究壳层的材料、尺寸及形貌等因素对Au@Ag核-壳纳米光学吸收谱的峰值、峰位的影响。研究表明在液体环境中金球颗粒计算的结果与Mie理论计算的结果吻合,表明光学常数三次样条插值后DDA计算Au@Ag核-壳层纳米粒子的光学性质是准确可靠的。随着Ag壳层厚度增加,Au@Ag核-壳层球形纳米颗粒的吸光谱线形成与金球颗粒谱线不同的肩峰,然后主峰红移、肩峰蓝移消失合并为一条吸收峰,光学吸收谱线强度明显增强。Au@Ag核-壳层纳米立方体的光学吸收谱线在<450 nm时出现了许多次级吸收峰,随着Ag壳层厚度增加,主、次吸收峰增强,主吸收峰出现明显的蓝移。银壳层厚度的变化不仅改变光学吸收强度和峰值的位置,还在Au@Ag核-壳层纳米颗粒的尖端形成了很强的表面等离子体振荡(surface plasma resonance，SPR),提高Ag对光学吸收的影响。

贵金属纳米颗粒的局域表面等离子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)峰对周围介质的变化十分灵敏,基于这一原理可对周围介质进行探测。本文利用吸收性介质中的Mie理论分析球形Ag纳米颗粒在吸收性介质中的光谱和探测性能。研究结果表明,当介质复折射率的虚部较小时,其对颗粒光谱和探测性能的影响可以忽略;随着虚部的增大,光谱会出现较大变化,并且颗粒的探测性能逐渐降低;当虚部大于某一值后,颗粒的LSPR峰消失,无法再利用这一原理进行探测。

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering,SERS)能够有效解决常规拉曼中信号极弱问题,在低浓度分析物的痕量检测甚至单分子的检测中具有重要的应用前景,是化学、生物、环境等领域重要的分析手段。在SERS中,高性能SERS基底的实现是关键。本文以微球自组装技术为基础,制备了一种大面积、廉价、高效的SERS基底并对其进行了形貌表征和拉曼增强光谱研究。通过开展R6G分子的SERS研究发现,此种SERS基底对R6G拉曼散射信号的增强倍数是一般粗糙基底的五倍以上。结合数值模拟分析和系统的实验研究,得到了微球直径、纳米颗粒的高度等参数对基底表面附近局域热点和SERS增强倍数的影响规律,给出了最优化的SERS基底参数。本文工作可为SERS研究提供高性能的SERS基底。

挥发性有机物在自然环境中普遍存在,对人体健康造成显著影响,为此亟待发展高灵敏度的快速识别和检测技术。本文通过制备和优化表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底,实现了强吸附和弱吸附型挥发性有机物的检测。首先利用化学方法合成了粒径约为30 nm的均匀准球形金纳米粒子,该粒子具有SERS效应以及良好的化学稳定性,以该纳米粒子为单元,通过气液两相界面自组装技术制备增强性能好、SERS信号均匀的金纳米粒子单层膜(Au MLF),并以此为SERS基底对挥发性有机物苯硫酚进行了检测。为了实现弱吸附挥发物质的检测,对Au MLF表面进行了修饰,构建了聚二甲基硅氧烷(PDMS)-Au MLF复合基底,实现了苯及二甲苯等弱吸附型挥发性有机物的检测。

本文选取了5种锂钨酸盐晶体结构,搭建了8种含Na+阳离子的团簇模型,并分别基于MS(materials studio)软件的CASTEP(cambrigde serial total energy package)模块和Gaussian09软件对其拉曼振动波数和散射活性进行了DFT(密度泛函理论)计算。通过分析,发现晶体中W-Onb (non-bridging oxygen,即非桥氧)键对称伸缩振动波数随其键长的减小而增大,在熔体中也存在类似关系。为反映局部应力对W-Onb键对称伸缩振动波数的影响,在本工作中分别对晶体和熔体中的微结构进行了指认。结果表明,在Li2O-WO3二元系中,构成晶体的主要阴离子基团为［WO6］6-,且该基团W-Onb键的对称伸缩振动波数随着桥氧数的增大而增大;在熔体中W-Onb键的对称伸缩振动波数一般为［WO4］2->［WO5］4->［WO6］6-,且当W-O基团确定后,该振动波数会随着桥氧数的增大而增大。该相关性有助于碱金属钨酸盐晶体及熔体结构中阴离子基团的诊断与鉴别。本文测定了A2WnO3n+1(A = Li,Na,K;n = 1,2,3)共9种成分熔体的原位拉曼光谱,以验证该相关性。

硫族化镉纳米微晶由于具有发光效率高和发射波长可调谐等优良性质在光电器件中有重要的应用,CdSe/CdS点-棒异质结量子点是典型代表之一。本文中通过非共振拉曼方法探测了该量子点在5~50 cm-1的声学声子模,利用不同模式的偏振特性,清晰地指认了球状核壳异质结量子点的扭转模式和径向呼吸模、棒状和点-棒异质结量子点的伸缩模和径向呼吸模等,并观察到了棒状量子点和点-棒异质结量子点的电子拉曼散射。同时发现点-棒异质结量子点的径向呼吸模较尺寸相当的纳米棒量子点发生红移。利用有限元方法形象模拟各量子点声学模的振动形式,并发现点-棒异质结量子点呼吸模振动的局域性。随后,引入局域有效声速的概念,利用改进的Lamb定律,成功解释了该红移是由CdSe核区域声速的减小所导致的,并再次验证该呼吸模局域在核附近区域。该研究对于表征和研究量子点中的限制性声学模具有重要意义,声学模和光学跃迁均局域在量子点附近区域的特性,对调控其激子-声子耦合和相关的光学性质具有重要指导意义。

面对日益严峻的能源和环境问题,人们对可再生能源的需求日益增强。本文通过以金为核的二元及三元纳米粒子,设计了一种表面等离子体共振(surface plasmonic resonance,SPR)增强的光电催化剂。其中,金核通过SPR效应在光照下产生光热效应及光电效应,提高了材料的催化活性。光照条件下纳米粒子表面的局域热点温度可以通过4-甲氧基异腈苯探针分子利用表面增强拉曼光谱得到。同时利用对氨基苯硫酚(PATP)探针分子证实SPR产生的光电催化效应。最重要的是,通过定量计算得到了光热效应及光电效应在SPR增强的光电催化性能各自的贡献。这些结果为表面等离子体共振协助增强的光电催化反应提供理论依据,并为新型光电催化材料提供了新的设计思路。

用荧光光谱法和拉曼光谱法对香皂中荧光增白剂进行了定性测量。对常见的19个品牌不同系列共46种香皂和8种荧光增白剂进行研究。逐一对样品进行荧光光谱及拉曼光谱的检测,根据光谱检测结果分析香皂样品是否含有荧光增白剂及其荧光增白剂种类。研究结果表明8种香皂含荧光增白剂,7种包装成分表中有标注,但有6种不准确,1种并未标注其含有荧光增白剂成分。

采用显微拉曼光谱技术研究水盐摩尔比(WSR)为4.0~160.0的硝酸钙溶液中的缔合物种分布情况及物种间的转换关系。研究表明当WSR从160.0降低到4.0时溶液中硝酸根离子的对称伸缩振动频率(v1-NO-3)从1048.3 cm-1蓝移至1052.9 cm-1,半峰高宽(FWHM)从7.6 cm-1增大到15.3 cm-1。采用组分分析方法对v1-NO-3峰分析得出,WSR≥16.3时为第一浓度区域,主要物种为溶剂共享离子对(shared ion pair,SIP),次要物种为接触离子对(contact ion pair,CIP)和自由水合离子(free hydrated ion,Free ion),且WSR=16.3时,SIP和CIP的量相等;当8.4≤WSR＜16.3时为第二浓度区域,主要物种为CIP,复杂离子簇(complex ion cluster,Complex)的量快速增加;当WSR＜8.4时为第三浓度区域,主要物种为Complex,CIP和SIP的量快速下降;WSR<4时,由曲线拟合得出溶液中CIP和SIP均逐渐转换为Complex,Complex的量趋近于1。硝酸钙溶液过饱和度越高,结晶越困难,溶液的结构构型与四水硝酸钙熔融盐结构相似,即推测出过饱和硝酸钙溶液(1≤WSR≤4,没有新相生成)的结构构型是单齿六配位［(H2O)m(HO3)nCa(NO3)Ca(NO3)p(H2O)q］(m+n=p+q=5)。

本文通过使用便携式拉曼光谱仪来快速检测废水中残留有机溶剂的种类和含量。首先利用便携式拉曼光谱仪建立标准拉曼谱图库,然后用便携式拉曼光谱仪检测废水样品并与标准谱图库比对,即可获得废水中含有的有机溶剂的种类和含量。该方法简便、灵敏、快速,对于实时监测废水的排放具有重要意义。

在太阳能热化学两步法制氢过程中,金属氧化物颗粒物性随着体积分数、光程厚度的改变,对反应腔内颗粒系发生化学反应过程中辐射能量传递起着重要作用。为了获得ZnO颗粒系的光谱辐射特性,首先,实验方面采用悬浮液法测试了ZnO金属氧化物颗粒在300~1200 nm下的光谱透射率。其次,理论研究了体积平均粒径d43=13.9 μm、面积平均粒径d32=7.71 μm表示下的ZnO金属氧化物颗粒的辐射特性。结果可知: 对于d32=7.71 μm,其衰减系数、吸收系数、散射系数值分别约为2 cm-1、0.8 cm-1、1.2 cm-1;d43=139 μm 其衰减系数、吸收系数、散射系数值分别约为1.1 cm-1、0.5 cm-1、0.6 cm-1。通过对散射相函数以及散射不对称因子分析可知,光在传播中以前向散射为主,这样使太阳光更可能穿入粒子系内部。进而通过Mie理论结合比尔定律计算出两种粒径下的光谱透射率,通过与实验进行对比可知面积平均粒径d32表示的粒子系透射率与实验结果更接近。最后采用面积平均粒径d32并使用蒙特卡洛法模拟出不同厚度以及不同体积分数下的半球透射率、半球吸收率以及半球反射率。

本文系统分析了传统单波长增透膜系的缺点,以镀膜材料在紫外、可见和近红外区域折射率数据为基础,通过研究膜系设计理论,优化设计了合适的膜系;通过制造修正挡板,以及优化离子源辅助沉积工艺,找到了能同时满足三波长增透的镀膜工艺,研制的三波长增透介质膜在1053 nm和527 nm处剩余反射小于05%,在351 nm处剩余反射小于0.2%,且在空气中放置20天后,膜层温漂很小。

棉是一种重要的天然纤维，如果能根据废旧纺织品的棉含量对其进行分类回收利用，可极大地减少对天然纤维资源的消耗。但目前废旧纺织品的回收主要采用人工分拣方式，这种方式效率低、成本高，难以满足对废旧纺织品进行大规模精细分拣、分级的需要。本文使用近红外光谱分析方法对废旧纺织品的棉含量进行判定，用基于主成分分析的支持向量机方法建立了废旧纺织品的近红外光谱定性分析模型，模型能将含棉和不含棉的两类废旧纺织品很好地分开。对于含棉的废旧纺织品，又用多模型方法建立了废旧纺织品棉含量的近红外光谱分析模型，模型具有较好的预测结果。综合使用上述两个模型，能较好地判定废旧纺织品的棉含量。这种新方法有望用于废旧纺织品某些其它天然纤维含量的快速判定。

非弹性光散射中两个最具有代表性的现象就是拉曼散射和布里渊散射,它们分别以印度科学家拉曼(C.V.Raman)和法裔美籍科学家布里渊(L.Brillouin)的名字命名的。人们对前者的认知远比后者多(包括相应的散射现象的理解和认识)。为此,本文将对L.布里渊及以他名字命名的布里渊散射做详细的介绍和阐述。