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1、 三三 明明 学学 院院 毕毕业业论论文文( (设设计计) )文文献献综综述述学 生 姓名： 吴 棒 学号 ： 20100651129 学 院 、 系： 机电工程学院专 业： 物理学（师范类）文献综述题目 ： 拉曼光谱在卤苯酚及半导体材料BC3结构相变中的应用 指 导 教 师： 曾 振 武 年 月 日2014 届物理学专业毕业论文（设计）文献综述1拉曼光谱在卤苯酚及半导体材料拉曼光谱在卤苯酚及半导体材料 BC3 结构相变中的应用结构相变中的应用吴棒三明学院 2010 级物理学专业 福建三明 365004摘要：1928 年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应称为拉曼效应
2、。简单地说就是光通过介质时由于入射光与分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。60 年代激光光源的问世，以及光电讯号转换器件的发展才有力推动了拉曼散射的研究及其应用。优质的单色光、高强度的激光的使用极大地提高了包含双光子过程的拉曼光谱分辩率和实用性。利用拉曼光谱可以对材料进行原位测量的特性，对大分子气体材料卤苯酚及半导体材料 BC3 在压力的作用下结构的变化信息进行研究。关键词：拉曼光谱；卤苯酚；半导体材料；相变 （1 1 绪言）绪言）拉曼光谱是一种获取分子结构信息的光谱技术，拉曼光谱特征峰的位置、强度和线宽可表征分子振动或转动，从而提供物质分子中不同的官能团或化学键的相关信息，因此可以鉴别物
3、质，分析物质的性质。拉曼光谱分析法可提供快速、简单、可重复、无损伤的定性定量分析,拉曼谱线的数目、拉曼位移和谱线强度等参量提供了被散射分子及晶体结构的有关信息,揭示原子的空间排列和相互作用。拉曼光谱分析法无需样品准备,样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英和光纤测量。由于水的拉曼散射很微弱,拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。拉曼 1 次可以同时覆盖 504000 波数的区间,可对有机物及无机物进行分析。拉曼光谱谱峰清晰尖锐,适合定量研究、数据库搜索以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中,独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。紫外拉曼和共焦显微拉曼光谱等新
4、拉曼技术的出现,解决了拉曼光谱荧光干扰大、固有的灵敏度低等问题。拉曼光谱技术与光导纤维技术以及其他光谱、色谱技术的联用使得拉曼光谱技术的应用范围日益扩大。近年来随着计算机软件技术、硅纳米线材料和纳秒、皮秒激光器其他光谱新技术的不断革新,使拉曼光谱的应用范围得到了进一步的拓宽。目前,拉曼技术在应用方面有几个热门:一是在生物学方面,可实现生物体的无损细胞水平的研究,这对于器官病变的诊断、DNA 的遗传变异研究和某些细胞成分及结构分析是具有十分重要的临床学意义的;二是在考古学和古生物学化石研究方面的应用,运用拉曼技术可对不同年代的文物、不同进化过程的化石作出分子学水平的鉴定,为考古学和进化论科学的研
5、究作出有力的辅证;三是在天文学和地壳岩层的研究领域,通过对行星陨石及地壳不同层次岩层的成分分析,可对不同行星上的地况地貌和地壳的演化过程作出推断;最后,在过程分析方面,现代拉曼光谱技术已不仅仅局限于物质的静态研究,可实现动态过程的在线观察,比如高温高压状态下物质的分子间、分子内结构变化及晶型的转变,药物生产过程中的在线监测等。相信随学技术的进一步发展,拉曼技术的科研前景将会越来越广阔。（2 2 主题）主题）1928 年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应, 称为拉吴棒：拉曼光谱在卤苯酚及半导体材料 BC3 结构相变中的应用2曼效应。简单地说就是光通过介质时由于入射光与
6、分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。拉曼因此获得 1930 年的诺贝尔物理学奖, 成为第一个获得这一奖项并且没有接受过西方教育的亚洲人。自拉曼效应在被发现以后，30 年代拉曼光谱曾是研究分子结构的主要手段。拉曼光谱为研究晶体或分子的结构提供了重要手段，在光谱学中形成了拉曼光谱学的一个分支。用拉曼散射的方法可迅速定出分子振动的固有频率，并可决定分子的对称性、分子内部的作用力等。那时的拉曼光谱仪是以汞弧灯为光源，物质产生的拉曼散射谱线极其微弱，强度大约为瑞利散射的千分之一，对样品进行拉曼散射研究时常有较强的荧光及瑞利散射干扰等等，因此它在相当长一段时间里未真正成为一种有实际应用价值的工具，应用
7、受到限制，尤其是红外光谱的出现，使得拉曼光谱在分子结构分析中的地位一落千丈。直至 60 年代激光光源的问世，以及光电讯号转换器件的发展才有力推动了拉曼散射的研究及其应用。优质的单色光、高强度的激光的使用极大地提高了包含双光子过程的拉曼光谱分辩率和实用性。此外强激光引起的非线性效应导致了新的拉曼散射现象。为了进一步提高拉曼散射的强度，人们先后发展了傅立叶变换拉曼光谱、时间分辨拉曼光谱等新技术，使光谱仪的效率和灵敏度得到更大的提高。目前拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域。世界上各大仪器厂家相继推出了激光拉曼光谱仪，拉曼光谱的应用领域还在不断拓宽。70 年代中期，激光拉曼探针
8、的出现，给微区分析注入活力。80 年代以来，随着科学技术的飞速发展，激光拉曼光谱仪在性能方面日臻完善。自拉曼 1928 年在 Nature 上发表了一种新型的二次辐射论文后，立刻在全世界形成了拉曼光谱研究和应用的热潮。就在 1928 年，世界上就发表了 60 多篇有关拉曼效应的论文。至1939 年，在国际上发表的关于拉曼光谱的文献已达到了 1757 篇以上。可以说，1928 年以后的十几年是拉曼光谱学快速兴起和蓬勃发展的时期。在拉曼光谱研究蓬勃发展的 20 世纪 30 年代，在德国的中国科学家郑华枳先生，于 1934年在德国的理化学杂志(Z.Phys.Chen.(B)发表了中国学者的第一篇拉曼
9、光谱研究论文；同年，吴大猷先生在北京大学开始了国内最早的拉曼光谱学研究，并于 1936 年在中国化学学会杂志上发表了中国人在国内完成研究的第一篇拉曼光谱论文。在中国抗日战争十分困难的1939 年，吴大猷先生在昆明西南联大撰写并在上海出版了英文专著多原子分子的振动谱和结构 （Vibrational Spectra & Struture of Polyatomic Molecules）,它是自 1928 年发现拉曼效应以来，全面总结分子拉曼光谱研究成果的著名著作。书出版后，于 1941 年被美国的出版社翻印，60 年后，吴先生的书在国际上依然被人引用，成为拉曼光谱学的一本经典著作。1954 年，英
10、国牛津大学出版社出版了黄昆先生与诺贝尔奖获得者玻恩合著的晶格动力学理论 （Dynamical Theory of Crystal Lattices）,该书中的最后一章“光学校应” （The optical effects）广泛和深入地讨论前人的工作以及莫些不当的地方，发展了光散射的理论。2014 届物理学专业毕业论文（设计）文献综述3BC3是一种集合超硬、较高的导电性、较好的光谱特性多功能半导体材料，在石油、矿业等工业勘探方面运用十分广泛。利用拉曼光谱研究 BC3半导体材料在压力下的结构相变，为半导体材料为极端条件下石油煤矿的工业勘探工作提供材料信息。填补 BC3半导体材料的高压相图。卤苯酚是
11、一种大分子气体，常温常压下的分子结构为：通过红外吸收光谱可知在压力下发生结构相变，但是无法确定相变点，通过拉曼光谱的原位测量及结果分析，可以给出卤苯酚在压力下相变的结构。（3 3 总结）总结）通过分析两种半导体材料在不同的温度和压力下，材料中的原子与拉曼光谱产生相互作用即拉曼光谱图数据（包括拉曼峰的平移、原峰的消失、新峰的产生） ，分析判断材料在相应的温度和压力下，内部的原子结构是否发生变化，即结构相变，简要材料中的原子和拉曼光谱相互作用的机制。参考文献：参考文献：1.田中群. 拉曼光谱在化学中的应用研讨会简讯J. 物理 , 1999,(07):11-17.2.王玉, 李忠红, 张正行, 安登
12、魁. 拉曼光谱在药物分析中的应用J. 药学学报 , 2004,(09):42-513.余国滔. 拉曼光谱在医学上的应用（）J. 光散射学报 , 1996, (02):313-22.4 E S Zouboulis, M Grimsditch. Refractive index andelastic properties of single -crystal corundum ( -Al2O3) up to 2100 K J. J Appl Phys, 1991, 70:772 -776.5 K Matsuishi, E Gregoryanz, H K Mao. Equation ofstate
13、and intermolecular interactions in fluid hydro-gen from Brillouin scattering at high pressures andtemperatures J. J Chem Phys, 2003, 118: 10683-10695.6 J Pelous, R Vacher. Thermal Brillouin scattering incrystalline and fused quartz from 20 to 1000bC J.Solid State Commun, 1976, 18: 657 -661.7 A Yoshi
14、hara, J C Burr, S M Mudara. Brillouin scat-tering studies of the successive phase transitions in(CH3NH3)2FeCl4J. J Chem Phys, 1984, 80:3816 -3825.8 F F Li, Q L Cui, Z He. High pressure -tempera-ture Brillouin study of liquid water: Evidence of thestructural transition from low-density water to high-
15、density water J. J Chem Phys, 2005, 123:174511 -174515.9 T S Duffy, C S Zha, R T Downs. Elasticity offorsterite to 16 GPa and the composition of the uppermantle J. Nature (London), 1995, 378: 170 -173.吴棒：拉曼光谱在卤苯酚及半导体材料 BC3 结构相变中的应用210 H K Mao, J F Shu, G Y Shen. Elasticity and rhe-ology of iron abov
16、e 220 GPa and the nature of theEarth.s inner core J. Nature (London), 1998,396: 741 -743.11 Y Ma, HK Mao, R J Hemleyl. Two-dimensionalenergy dispersive x -ray diffraction at high pres-sures and temperatures J. Rev Sci Instrum,2001, 72: 1302 -1305.12 G Shen, M L Rivers, Y Wang. Laser heated dia-mond cell system at the Advanced Photon Source forin situ x -ray measurements at high pressure and
