高压下L-丝氨酸的拉曼光谱研究

压力可以引起蛋白折叠与变性。作为蛋白质的基本构成单位,氨基酸在高压下的变化近来年备受关注。在常见的20种氨基酸中,学者们利用高压拉曼技术已研究了多种氨基酸在高压下的变化,研究的最高压力达到30 GPa。为了探究L-丝氨酸(C₃H₇NO₃)在极高压力下的结构变化情况,采用原位高压拉曼技术在常温下对L-丝氨酸晶体进行研究,最高压力达到22.6 GPa。研究发现,当压力达到2.7 GPa时,在102 cm-1处出现新峰,在1 123 cm-1(NH₃反对称摇摆振动)处的特征峰出现劈裂;当压力达到5.4 GPa时,L-丝氨酸晶体在574 cm-1处出现新峰,同时原来164 cm-1处峰消失;当压力达到6.0 GPa时,位于226,456,770和2 968 cm-1(CH₂伸缩振动)等处出现新峰,877 cm-1处的CC伸缩振动峰发生劈裂,产生894 cm-1新峰;当压力达到7.9 GPa时,在145,151和2 946 cm-1等出现新峰,同时原在CO₂摇摆振动峰的肩峰531 cm-1消失;当压力达到11.0 GPa时,位于249 cm-1处的振动峰开始劈叉,在241 cm-1处形成新峰,位于2 956 cm-1(CH₂伸缩振动)同时原位于391和431 cm-1处的峰消失;当压力达到17.5 GPa时,在200 cm-1处出现新峰。通过进一步分析L-丝氨酸的拉曼波数随压力的变化,发现很多拉曼峰在1.37,2.2,5.3,7.46和11.0 GPa以及15.5 GPa等压力点处都出现了拐点。其结果表明：L-丝氨酸在0.1～22.6 GPa之间共发生7处结构相变,分别位于压力区间0.1~1.37,2.2~2.7,5.3,6.0,7.46~7.9,10.1~11.0和15.5~17.5 GPa之间。而且,在6.0 GPa新的相变点在之前文献中未论述过。由于L-丝氨酸晶体在6.0 GPa时CC伸缩振动峰发生劈裂,这现象可能是由于压力引起L-丝氨酸晶体分子发生重排导致的,同时L-丝氨酸晶体分子重排导致氢键发生重排,使得L-丝氨酸晶体出现新的CH₂伸缩振动峰。L-丝氨酸晶体在10.1~11.0 GPa之间的拉曼光谱变化主要集中在低波数段,该波数段的拉曼振动模式主要与晶体晶格振动等低能量振动有关。同时在高波数段出现新的CH₂峰,由此可推测在10.1~11.0 GPa之间,L-丝氨酸晶体的晶格振动发生变化,产生了新的氢键,从而导致了L-丝氨酸晶体结构的改变。L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间,由于没有发现直接证据证明其发生结构相变,只是在拉曼波数随压力变化中,发现其在17.5 GPa时出现拐点,因此推测L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间可能发生结构相变。     

常温高压条件下硬石膏相变的原位拉曼光谱研究

硬石膏（CaSO₄）是地球上分布最广的硫酸盐矿物之一,为研究硬石膏向高压硬石膏转变的压力条件和相变机理、确定硬石膏拉曼光谱压标的适用范围,实验结合水热金刚石压腔和激光拉曼光谱实验技术,研究了常温高压条件下硬石膏的相变过程以及硬石膏和高压硬石膏的拉曼光谱特征。实验结果显示,常温条件下硬石膏向高压硬石膏发生相变的压力在2.3 GPa左右,但是该相变压力在增压和降压过程中存在较大差异,表明硬石膏与高压硬石膏的转变过程存在明显滞后性,证实了该相变过程属于重建型相变。由于重建型相变的控制因素除了温度和压力之外,还包括相变的速率以及矿物结构的亚稳定性等,从而很好地解释了不同实验者获得的硬石膏与高压硬石膏的相变压力之间存在的巨大差异。与硬石膏相比,高压硬石膏的拉曼光谱特征表现为SO₄对称伸缩振动（ν₁）从1 128.28 cm-1突然下降至1 024.39 cm-1,同时对称弯曲振动（ν₂）分裂为441,459和494 cm-1三个峰,反对称伸缩振动（ν₃）分裂为1 136,1 148,1 158和1 173 cm-1四个峰,反对称弯曲振动（ν₄）也分裂为598,616,646和671 cm-1四个峰,可以作为判定硬石膏进入高压相态的有效标志。与硬石膏相比,高压硬石膏SO₄振动产生的拉曼峰数量更多、强度更低,表明影响SO₄振动的原子更多、分布更加复杂,这与高压硬石膏晶体结构（独居石结构,单斜晶系）的对称性比硬石膏（斜方晶系）更低相吻合。在硬石膏结构稳定的压力范围内（常压至2.3 GPa）,硬石膏SO₄拉曼振动中除了ν_2,416的振动频率变化不显著以外,其余振动均随着压力的升高以稳定的速率向高波数方向移动,同时谱峰的强度、形态和半高宽没有明显改变,从而保证了不同压力下硬石膏的拉曼峰具有一致的拟合误差和压力标定精度。同时,还通过方解石ν_{1,1 085}拉曼峰随压力的变化速率、方解石向CaCO₃-Ⅱ以及CaCO₃-Ⅱ向CaCO₃-Ⅲ的相变压力对硬石膏压力标定结果进行检验,确定了硬石膏压标的可靠性。     

Bi2ZnOB2O6单晶偏振拉曼光谱

本文通过分析不同几何配置下的偏振拉曼光谱对非线性光学晶体的晶格振动模式进行了研究. 首先根据因子群分析,将晶体的振动模按晶体对称群的不可约表示进行分类,其次测量了晶体在10–1600 cm^-1范围内,不同几何配置下的偏振拉曼光谱,并在此基础上指认了晶体的晶格振动模式. 300 cm^-1以下的振动峰,归结为晶体的外振动,来自[BiO₆],[ZnO₄],[BO₄]和[BO₃]原子基团的平动和转动;300cm^-1以上为晶体的内振动,主要与Bi-O,和Zn-O键振动有关. 晶体拉曼光谱中最高振动频率达到1407 cm^-1,被指认为[BO₃]三角形中B-O键的伸缩振动,体现了[BO₃]基团中高的电子非局域化程度. 关键词： 2ZnOB₂O₆单晶')" href="#">Bi₂ZnOB₂O₆单晶 偏振拉曼光谱 振动模式     

镁对方解石相变压力和拉曼光谱影响的实验研究

为研究镁对方解石在高压条件下的相变行为和拉曼振动光谱的影响,探索碳酸盐在地球深部的存在形式和物理化学性质,结合金刚石压腔和激光拉曼光谱,对具有不同镁含量的方解石开展高压实验研究。实验选取天然无色透明冰洲石、淡黄色半透明方解石脉和白色大理石作为研究对象,利用ICP-AES测定冰洲石和方解石脉的成分为CaCO₃;大理石中Mg/(Mg+Ca)摩尔比为0.03,其成分可简化为(Mg_0.03Ca_0.97)CO₃。每种方解石样品挑选两粒大小约为50~100×50×20 μm的颗粒放入金刚石压腔,并在不同压力下进行相变过程观察和激光拉曼光谱测量。实验结果显示,常压下冰洲石和方解石脉样品的T₁,T₂,ν₄和ν₁拉曼振动频率分别为156.82,283.55,713.86和1 088.19 cm-1,大理石样品的拉曼振动频率为158.15,284.76,715.07和1 089.20 cm-1,表明方解石中含有3 mol%的MgCO₃时会造成方解石的拉曼振动频率整体升高1 cm-1以上。但是该变化幅度在不同压力下没有显著差别,表明镁对方解石的拉曼振动频率随压力的变化速率(∂ν/∂p)没有明显影响。冰洲石和方解石脉样品在1.5 GPa压力附近转变为方解石-Ⅱ,并在2.0 GPa进一步变为方解石-Ⅲ或Ⅲb;相比之下含有3 mol%的MgCO₃的大理石则是在2.4和3.7 GPa时才转变为方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ。假设镁对方解石相变压力的影响是线性的,即方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力随MgCO₃含量的增加以0.30和0.57 GPa·mol%-1的速率升高,当MgCO₃含量达到50 mol%时,方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力将分别为16.5和30.5 GPa,这与白云石向白云石-Ⅱ和白云石-Ⅲ的相变压力吻合。结合前人关于方解石中MnCO₃含量对矿物相变压力和拉曼光谱影响的研究结果,发现当方解石中部分Ca2+被具有不同半径和质量的离子(如Mg2+,Mn2+等)替代以后,阳离子与CO2-₃之间以及CO2-₃内部C-O化学键长度和强度都会发生改变,从而引起矿物结构稳定性以及拉曼振动频率的明显变化;并且两种阳离子之间半径差别越大,该影响效果越明显。因此,在研究高温高压条件下方解石的相变行为和拉曼光谱时,矿物中Mg和Mn等杂质元素对矿物结构稳定性和拉曼振动频率的影响是必须考虑的关键因素之一。     

高压下1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐的振动光谱及同位素效应

用密度泛函理论方法研究1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐(HATO)晶体在高压(<40 GPa)下性质。在GGA-PW91计算水平并结合超软势基组对HATO晶体结构进优化,其优化结构能再现实验结果。分子间O…H间距随压力的增加而显著减小;但O—H和N—H键长呈现非单调变化。基于不同压力下的优化晶体结构,利用非周期性计算并经校正因子0.967 9校正,求得相应压力下的红外和拉曼谱。预测最强拉曼峰对应于C—C伸缩和NH₂对称变形,位于1 580 cm-1,与实验结果一致。虽然阴离子不含氢原子,但阳离子的氘代仍对阴离子的振动光谱产生影响。高压导致分子间氢键增强,导致参与氢键的O—H和O—D振动的拉曼波数减小。氘代后,ND₂的拉曼位移的最明显变化是ν₂伸缩振动波数在高压下急剧增加,导致ND₂ ν₂/ν₃在高压下发生偶合。计算出的ν₁至ν₃振动的同位素效应比ν(NH₂)/ν(ND₂)均为1.36～1.38,与由折合质量所求得的值相一致。氘代和压力的变化可引起不同振动模式的偶合。     

钙钛矿(C6H5CH2NH3)2PbBr4拉曼光谱研究

运用激光拉曼光谱实验和密度泛函理论计算研究了450～1 700 cm-1光谱范围内有机-无机杂化钙钛矿材料(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄的振动模式特性。对比实验所得拉曼光谱和理论计算所得拉曼光谱,发现密度泛函理论计算可以很好的模拟(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄有机部分的分子振动模式。同时通过比较分析密度泛函理论计算和参考文献,对450～1 700 cm-1光谱范围内的拉曼峰的分子振动模式进行了初步的归属,并发现该光谱范围内的拉曼峰主要是由(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄分子中有机部分振动所产生的。     

羟碳铈矿的高压拉曼光谱研究

羟碳铈矿是一种重要的含水稀土氟碳酸盐矿物,了解其高压下的物理性质对于探讨氟和水的存在对碳酸盐矿物物性的影响具有重要意义。运用金刚石压腔(DAC)技术与激光拉曼光谱,在室温下原位开展了羟碳铈矿的高压拉曼光谱学研究。结果显示,在常压下由[CO_3]~(2-)振动引起的拉曼峰共有6条:面内弯曲振动引起的拉曼峰位于604、742 cm~(-1),对称伸缩振动引起的拉曼峰位于1083、 1096和1103cm~(-1),而1430cm~(-1)属于非对称伸缩振动;由[OH]~–振动引起的拉曼峰有6条,分别位于3 174、3 197、3 290、3 345、3 526和3 648 cm~(-1)。随着压力的增加(0～30 GPa),未发现拉曼峰的消失或新拉曼峰的出现,表明在测试压力范围内羟碳铈矿未发生相变。拉曼峰均往高波数偏移,其位移与压力呈现良好的线性正相关关系,由[CO_3]~(2-)的面内弯曲振动引起的拉曼峰对压力的依赖系数最小,为2(0.06) cm~(-1)/GPa,而基团外振动引起的拉曼峰对压力的依赖系数最大,为4.2(0.11) cm~(-1)/GPa。对比无水碳酸盐高压下拉曼峰的位移,认为[OH]~–和F~–的存在导致羟碳铈矿高压下结构中[CO_3]~(2-)基团的振动模式对压力的依赖性发生变化,进一步影响到晶体高压下的各向异性。这为研究地球深部碳酸盐的高压物性行为提供了新的启示。     

压电材料Na0.5K0.5NbO3高压相变的拉曼光谱研究

Na_0.5K_0.5NbO₃是一种不含铅的新型压电材料。理解该物质在高压下的晶体结构变化,有助于深入认识并提高其材料的稳定性及压电性能。然而目前关于该物质在高压下的相结构演化过程还缺少实验研究。本工作采用基于金刚石对顶砧(DAC)的高压拉曼光谱技术,研究了Na_0.5K_0.5NbO₃的高压拉曼光谱特性与压致相变行为。研究发现Na_0.5K_0.5NbO₃在高压环境下由于NbO₆八面体的振动模式发生改变,会依次发生正交相到四方相和四方相到立方相的可逆相变过程,其相变压力分别为4.0～5.5 GPa和5.5～6.4 GPa。     

常温0.1～2GPa压力下文石的拉曼光谱研究

利用碳化硅压腔结合拉曼光谱分析技术,研究了常温0.1～2GPa压力下文石的拉曼光谱特征,并得出文石拉曼位移与压力之间的关系:ν153(cm-1)=0.0035p(MPa)+154.0,ν206=0.0060p+206.3,ν704=0.0021p+704.2,ν1085=0.0035p+1085.3。在实验的压力范围内,未观察到文石的相变。另外,与其他碳酸盐矿物(菱镁矿、白云石)类似,0～2GPa压力下文石的对称伸缩振动拉曼位移随压力变化的dν1025/dp值大于超高压条件下的dν1025/dp值,表明碳酸盐矿物[CO3]基团中C—O键的可压缩性和压力有关,其可压缩性在0.1～2GPa时较大,压力升高可压缩性降低。     

正磷酸盐晶体Ba3(PO4)2和Sr3(PO4)2高温拉曼光谱研究

测量了碱土金属正磷酸盐Ba₃(PO₄)₂和Sr₃(PO₄)₂常温及高温拉曼光谱, 对拉曼振动模式进行指认, 并分析了晶体拉曼振动光谱及晶体结构在高温下的变化. 在温度升高的过程中, 拉曼振动频率向低频移动且振动峰宽度展宽, 晶体中的P-O平均键长随温度升高而变长, 但O-P-O的键角并未发生变化. 晶体在900 ℃以下无结构相变发生. 关键词： 3(PO₄)₂和Sr₃(PO₄)₂')" href="#">Ba₃(PO₄)₂和Sr₃(PO₄)₂ 高温拉曼光谱 振动模式 高温结构     

拉曼光谱对含Cr镁铝尖晶石热处理及其有序-无序相变研究

尖晶石的有序-无序相变作为尖晶石的一种重要性质，在国内缺少相关研究成果。运用拉曼光谱仪通过785 nm激光在液氮环境下激发含Cr的宝石级天然粉红色尖晶石，避免了532 nm激光激发下产生的469 nm的荧光峰和在常温测试下由于热振动对光谱的影响，得到清晰尖锐的拉曼光谱，为拉曼光谱参数的分析奠定基础。同时通过对一颗Cr元素致色的天然粉色镁铝尖晶石进行热处理使尖晶石逐步发生有序-无序相变，并反映在拉曼光谱的谱峰参数之中。各项参数分析结果显示，尖晶石的拉曼光谱主要由E_g，T_2g(1)，T_2g(2)，N₃和A_g，五种振动模式产生，其谱峰位置分别为407.8，312.4，667.5，720.0和769.0 cm-1；尖晶石拉曼光谱谱峰参数在800 ℃时发生突变： 各谱峰半高宽和各峰相对主峰E_g峰的相对强度明显增大，常温下几乎不可见的N₃峰在高温处理后出现，并且T_2g(1)峰向低波数偏移，T_2g(2)向高波数偏移，同时峰的对称性逐渐消失。研究结果表明尖晶石的有序-无序相变可以通过拉曼光谱检测并且可以通过谱峰参数： 半高宽、谱峰相对高度等进行半定量表征。由于拉曼光谱具有的无损检测特点，使其成为宝石级热处理尖晶石鉴定应用的重要参考依据之一。     

Effect of the thickness of the gas-sensitive layer on the response of solid state electrochemical CO2 sensors

This paper reports the effect of the sensitive layer thickness on the response of Nasicon based electrochemical CO₂ sensors. It was found that: (a) the cell voltage dependence on the thickness of the thin film Na₂CO₃ auxiliary electrode is well described within the theory of Schottky barriers formation in ionic crystals; and (b) sensors with relatively thick gas-sensitive layer are more reliable in dry CO₂ atmosphere.     

铼的弹性剪切参数C44对温度与压力响应的原位拉曼光谱研究

铼具有高体积弹性模量、高熔点、优良的抗蠕变性能,是一种重要科学研究与工程应用材料。铼的弹性剪切系数C₄₄对温度和压力的响应特性对铼及其合金材料的设计与工程应用具有重要意义。激光拉曼散射技术在研究不同温度和压力条件下六方密堆积结构(hcp)金属的弹性剪切系数C₄₄上具有独特的优势。但由于金属的强反射作用和浅的穿透深度,hcp金属的低波数拉曼散射信号往往很难获取,在一定的温度和压力加载下拉曼信号的获取尤为困难。利用侧向激发拉曼散射技术,有效降低了金属强反射对拉曼光谱采集的影响,成功测量到多晶铼在不同压力与温度条件下的E_2g拉曼振动模,获得铼在常温常压条件的弹性剪切系数(C₄₄=133 GPa)以及其弹性剪切系数C₄₄对温度和压力的响应特性。研究结果表明,多晶铼的弹性剪切系数C₄₄模量随压强的增加而增大,随温度的增加而减小。这也为用光散射方法研究金属材料剪切模量提供了良好研究方法。     

Solid-state electrochemical CO2 sensor by coupling lithium ion conductor (Li2CO3-Li3PO4-Asl2O3) with oxide ion-electron mixed conductor (La0.9Sr0.1MnO3)

A solid-state electrochemical cell of the type O₂(air), PtLa_0.9Sr_0.1MnO₃/Li₂CO₃(+5 mol% Li₃PO₄ + 6 mol% Al₂O₃)/Au, CO₂, O₂ was composed to determine CO₂ concentration, where Li₂CO₃, a lithium ion conductor, was used as an electrolyte, and the perovskite-type oxide (La_0.9Sr_0.1MnO₃)/O₂-electrode as a reference electrode. The electromotive force (EMF) of the cell was found to be proportional to the logarithm of CO/₂ partial pressure in CO₂/O₂/N₂ gas mixtures at temperatures between 300 and 400 °C. The EMF responded to changes of CO₂ partial pressure within 1 min at 400 °C. The sensitivity to CO₂ of this cell was not affected by coexistence of O₂, and the EMF remained constant after the first 15 days. The mechanism for sensing CO₂ is discussed.     

MgB2超导薄膜的变温拉曼光谱研究

MgB₂作为迄今为止超导转变温度最高的合金超导体,由于其具有结构简单、相干长度长、晶界间不存在弱连接、上临界场很高、电-声散射时间短等特点,MgB₂超导薄膜在电子学领域有着广阔的的应用前景。拉曼光谱是研究电-声子相互作用和超导能带的一种有效方法,且已广泛用于分析MgB₂材料的电子、声子特征以及超导体能带结构,研究表明,样品质量、晶粒尺寸以及测试条件对MgB₂拉曼峰的峰位和峰形影响很大,其中拉曼光谱随温度的变化也是一个研究重点,但目前关于MgB₂变温拉曼光谱的研究,测试的温度范围相对较小,局限在83 K到室温区域或是转变温度附近。研究了大范围温度区间内MgB₂薄膜的拉曼光谱变化,采用混合物理化学沉积法在(0001)SiC衬底上制备了MgB₂多晶薄膜,薄膜的晶粒尺寸约为300 nm,超导转变温度为39.3 K,对其在10～293 K之间的拉曼光谱进行了测试,测量的波数范围为20～1 200 cm-1。变温拉曼光谱的测试结果显示,在高频620 cm-1附近以及低频80和110 cm-1附近存在MgB₂的拉曼峰。经分析,低频区域出现的两个拉曼峰的频率与超导能隙宽度相对应,表明MgB₂的双能隙特性。考虑到MgB₂中四种声子模式的拉曼活性,高频620 cm-1附近的拉曼峰应是由E_2g振动模所贡献的,且随着测试温度的降低,该拉曼峰的峰位未发生明显的偏移,但半高宽显著变小,从293 K时的380.7 cm-1减小到10 K时的155 .7 cm-1,分析表明E_2g声子与电子系统的非线性耦合所引起的非简谐效应可能是拉曼峰半高宽线性变小的主要原因。