1KeV电子入射单电离氦原子三重微分散射截面的理论研究

用3C模型、DS3C模型对1KeV电子入射氦原子(e,2e)反应中的三重微分散射截面进行了计算,并将理论计算结果与实验数据进行了比较,研究了各种屏蔽效应对散射平面内以及垂直平面内三重微分散射截面的影响,并对三重微分散射截面变化规律进行了探讨.结果表明:各种屏蔽效应对散射平面内三重微分散射截面的贡献可以忽略;而在垂直平面内,这些效应对三重微分散射截面结构存在较强影响;另外,末态出射电子与靶核的相互作用直接影响散射平面内和垂直平面内截面的结构及其变化规律.     

基于拉曼光谱的复杂硫化矿快速分类方法研究

热液硫化物型脉状矿作为一类复杂硫化矿,其区域特征、成矿规律及矿物成份已有初步研究。由于成矿时期的不同,矿石中有用矿物的特征存在较大差异,导致不同矿物的性质变化较大。在选矿过程中,矿物性质的差异一定程度增加了选矿难度,减少了有用矿物回收率。因此,迫切需要一种快速、简单的对复杂硫化矿进行分类的方法,进而提高选矿指标。激光拉曼光谱技术作为一种能够分析物质结构信息的手段,已被应用于矿物的成份鉴定和结构分析。通过对大量矿物样本的激光拉曼光谱的研究,结合矿物性质深入揭示其光谱差异的原因,提出了一种基于拉曼光谱的复杂硫化矿矿源分类方法。实验结果表明：由于此类复杂硫化矿成矿时期的差异,从而造成矿物结构和性质存在较大差异。荧光主要由原矿中的脉石矿物产生,猝灭矿物中瞒石的荧光背景后可知201.62, 242.54, 288.38和309.77 cm-1处拉曼峰可以作为此类硫化矿的拉曼指纹谱。为此,基于此类硫化矿的荧光强度和代表谱峰强度与荧光背景比值可以将矿源分为三类,并利用工业试验结果进一步验证分类方法的准确性。本研究深入分析了此类复杂硫化矿的激光拉曼光谱与其矿物性质与类别之间的密切关系,提出了矿源快速分类方法,矿样无需经过复杂的化学前处理过程,对提高选矿作业效率具有重要应用价值。     

散射对煤粉太赫兹光谱定量分析的应用研究

在利用太赫兹光谱系统对煤质进行定量分析的过程中,样品压片内部煤粉颗粒和高密度聚乙烯颗粒之间的空气孔隙使太赫兹波产生散射进而导致所测煤样本征吸收光谱产生误差。针对样品压片中煤粉颗粒和空气孔隙存在形式的不同建立了压片等效结构,采用Foldy-Twersky EFA理论和迭代Waterman-Truell EFA理论在2~3.5 THz频率区间内对压片内部的散射情况进行了数值研究,建立了煤样本征吸收谱提取模型,并利用该模型分别对六种不同粒径范围的煤粉-高密度聚乙烯颗粒混合物压片样品进行了太赫兹域消光光谱的散射校正处理。实验结果表明当煤粉颗粒直径小于38.5 μm时,高密度聚乙烯颗粒间空气孔隙对所测样品消光光谱的影响处于主导地位,当煤粉颗粒粒径处于38.5~55 μm时,煤粉颗粒散射与空气孔隙散射导致的消光在数值上较为接近,随着颗粒直径进一步增加,煤粉自身散射对吸收光谱的影响也逐步增强并处于主导地位。散射校正前后煤样吸收谱的相关系数和均方根误差表明文中所述模型能够有效减小105 μm以下粒径范围内散射对煤粉-高密度聚乙烯混合物压片样品太赫兹吸收光谱的影响,为太赫兹域煤质吸收光谱的定量分析提供了理论基础。     

金溶胶中邻羟基苯甲酸吸附行为的密度泛函理论与实验研究

研究了邻羟基苯甲酸(OHBA)的常规拉曼散射(NRS)光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。以氯金酸为原料,柠檬酸三钠为还原剂,用化学还原法制备了球形的金纳米粒子溶胶,采用激光显微拉曼光谱仪(激发波长为785 nm),测定OHBA分子的NRS光谱及其吸附在Au纳米颗粒上的SERS光谱。同时,应用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31+G**(C,H,O)/LANL2DZ(Au)水平上,对OHBA分子进行了结构优化,在此基础上计算了OHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,OHBA分子通过羧基吸附构型的计算值比通过羟基吸附构型的计算值与实验值符合的更好。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。通过对邻羟基苯甲酸分子拉曼谱峰的详细指认能够得出：Au溶胶中的邻羟基苯甲酸分子,是通过羧基倾斜地吸附在Au纳米颗粒表面的。可视化软件直观形象地展示出了该分子的结构特征和分子基团振动情况,对其振动峰位的归属提供了重要依据。本文工作对推进邻羟基苯甲酸在生物医药等领域进一步的应用具有重要作用。     

TiO_2/石墨烯/Ag复合结构SERS实验

基于氧化物半导体的光催化特性,能够降解有机物分子,使表面增强拉曼散射基底得以重复使用。提出了银纳米颗粒有效修饰覆盖有石墨烯的二氧化钛纳米棒阵列(TiO_2/石墨烯/Ag)复合结构作为表面增强拉曼散射基底,并对其进行了实验研究。利用水热法制备了二氧化钛纳米棒阵列;采用湿法转移石墨烯和光照还原方法制备了TiO_2/石墨烯/Ag复合结构。用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子,结果表明:随着紫外光照沉积时间增加,探针分子的拉曼信号先增强后减弱;计算得到最大增强因子值约为2.6×106。此外,还对TiO_2/石墨烯/Ag复合结构的紫外自清洁特性进行了初步实验,结果表明,紫外光照射20min后,其拉曼强度下降到42.3%,具有一定的紫外清洁效果。     

基于辛理论的载流碳纳米管能带分析

基于连续介质力学理论和辛弹性理论,将载流碳纳米管等效为铁木辛柯梁,采用哈密顿变分原理建立了载流碳纳米管的振动控制方程;引入对偶变量将振动控制方程从拉格朗日体系导入到哈密顿体系下;通过波传播方法分析了载流碳纳米管的能带结构;研究了流体密度、流速对载流碳纳米管能带结构的影响;同时计算了载流碳纳米管的散射矩阵. 研究发现:管内流速以及流体密度对剪切频率和弯曲频率有着非常重要的影响. 研究结果表明:载流碳纳米管的剪切频率和弯曲频率因流体的加入而减小,并随流速及流体密度的增大而减小;通过对数值结果的分析发现:载流碳纳米管由于管内流体、流速以及流体密度的作用,会使得载流碳纳米管变的更“软”. 其中,哈密顿体系下所得出的载流碳纳米管弯曲频率随管内流体密度的增加而变小,有别于在拉格朗日体系下非局部梁理论所得的结论. 同时,数值结果表明散射矩阵是酉矩阵,辛体系下的入射波功率流与反射波功率流相等,即功率流守恒,体现了辛弹性力学理论的优越性.      

一种基于多准则决策和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱的特征提取方法

采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中,通常是以谱线最大功率点为基准的,却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值,相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简化,导致大量有用信息的丢失。为了提高Brillouin散射谱的特征提取精度,提出了一种基于MCDM和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱特征提取方法(MCDM-PSO-LM)。MCDM可以识别和准确定位多峰Brillouin散射谱的各个波峰和波谷;PSO-LM混合优化算法可以实现分别对各个波峰和波谷的曲线进行拟合并找到每一个波峰的中心频率,该算法既克服了PSO算法过早收敛于局部极值和LM算法依赖初值的问题,又可以将PSO算法的全局搜索能力和LM算法的局部收敛能力结合在一起。较传统算法而言,MCDM-PSO-LM算法保证了对最优值求解的速度和精度,提高了运算能力,使解析解最大限度地接近最优值。分别在不同信噪比和不同线宽条件下进行仿真验证,频移和温度误差分析结果表明,MCDM-PSO-LM方法可以对多峰Brillouin散射谱的各个波峰与波谷进行准确定位,可用于多峰Brillouin散射谱的特征提取,识别效果明显强于传统算法,提高了信息分析的准确性。     

胞嘧啶核苷在纳米银膜上的NIR-SERS光谱检测

采用一种高活性的纳米银膜作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,以近红外激光(785 nm)作为激发光源,对胞嘧啶核苷(胞苷)水溶液(10-2～10-8 mol·L-1)进行了近红外表面增强拉曼散射(NIR-SERS)光谱检测。实验结果表明,当胞苷水溶液浓度等于或低于10-7 mol · L-1时,可在300～2 000 cm-1范围内获得信噪比较好的NIR-SERS光谱。将胞苷水溶液(10-2～10-5 mol · L-1)分别滴在10片不同的纳米银薄膜上进行检测,结果表明该纳米银膜体现出了较好的光谱重现性。通过对纳米银膜表面形貌进行表征发现聚乙烯醇(PVA)包覆的纳米银颗粒在铝片表面形成“草状”结构。并通过对吸附了胞苷分子的纳米银膜进行紫外-可见光反射光谱检测,发现在800 nm处出现等离子共振峰。因此采用785 nm的近红外激光作为激发光时,该体系能够体现出强烈的表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)特性。同时采用DFT-B3LYP/6-311G对胞苷分子进行了拉曼光谱计算,计算所采用入射光波长为785 nm,通过计算结果与实验测得的胞苷固体的拉曼光谱对比发现在300～2 000 cm-1范围内两者匹配得较好,进而对其振动进行了归属。最后通过比较胞苷的拉曼光谱和NIR-SERS光谱对胞苷分子在纳米银膜上的可能吸附方式进行了分析。分析结果表明胞苷分子主要为其核糖部分吸附纳米银颗粒上,同时该分子的17NH₂基团可能靠近局域电磁场增强区域。     

PS微球阵列的制备与表面增强拉曼散射研究

为了研究不同直径PS微球(表面溅射Ag膜)基底的表面增强拉曼散射(SERS)效应,制造了一个新的表面增强拉曼散射(SERS)基底。通过在n型(100)单晶硅片上采用旋涂的方法,得到不同直径的呈六角形有序排列的单层PS微球阵列,然后在PS微球阵列表面磁控溅射一层约30 nm的Ag膜。利用拉曼光谱仪以罗丹明R6G为探针进行了SERS光谱测定,分析比较了不同直径PS微球阵列的表面增强拉曼散射效应,结果表明,溅射有Ag膜的PS微球基底在不同直径下均有不同程度的SERS效应。随着微球直径的增加,PS微球阵列的起伏程度不断加强(粗糙度不断增加),SERS信号逐渐增强,当球直径达到600 nm时,峰的增强信号达到最大,进而获得了一个最优化的SERS基底。同时发现在基底上获得了高信噪比的R6G的SERS光谱, 与苯环相关的一系列CC双键伸缩振动特征谱以及与苯环相关的面内、面外变形振动特征谱均获得了明显增强。这种单一的大区域的拉曼散射基底,呈现出高低相间起伏分布的微观形貌,不同PS微球之间的空隙和深度有很明显的不同,能够显著改善表面Ag膜颗粒的大小和分布,进而提高了PS微球基底的SERS活性。该基底所具有的特殊阵列结构使其在利用SERS探究化学和生物等领域的单分子结构有很大的应用潜力。     

生地当归药队煎剂的表面增强拉曼散射光谱

为揭示单味煎剂与方剂间的关系,分别测试分析了生地当归药队、单味药生地和单味药当归煎剂的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)光谱,并对其进行谱峰归属。本文主要针对存在于三种煎剂中的17个拉曼信号(538,622,732,761,835,876,959,1 145,1 245,1 276,1 326,1 402, 1 456,1 470,1 518,1 546和1 605 cm-1)进行讨论。生地当归药队煎剂SERS光谱在538,732,761,835,876,959,1 145,1 245,1 276,1 326,1 402,1 456,1 470,1 518和1 605 cm-1处,出现15个明显的拉曼信号;生地煎剂SERS光谱在538,761,835,876,959,1 145,1 245,1 276,1 326,1 402,1 470,1 518和1 546 cm-1处,出现13个明显的拉曼信号;当归煎剂SERS光谱在538,622,732,761,835,876,959,1 245,1 326和1 402 cm-1处,出现10个明显的拉曼信号。生地当归药队煎剂SERS光谱保留了和未观察到生地和当归单味煎剂的某些拉曼峰,且产生了生地和当归单味煎剂中所没有的拉曼信号(1 456和1 605 cm-1),即产生新药物成分。生地当归药队煎剂所包含的药物成分并非是生地和当归单味药物煎剂所含药物成分的简单相加。结果表明,SERS光谱可能为方剂研究提供一种高灵敏度、快速准确和操作简单的检测方法。