2016年, 第28卷, 第2期　刊出日期：2016-06-30

  

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快报
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  基于金属-介质纳米结构磁激元效应的石墨烯增强吸收研究

  张雷，王卫*，张红*

  光散射学报. 2016, 28(2): 97-101. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602018

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        石墨烯作为一种单层碳原子厚度的二维材料，其在可见光和近红外波段的吸收率只有2.3%。这大大限制了其在太阳能电池、光电探测等领域的应用。本文提出一种金属-介质组成的周期纳米结构，利用纳米结构中激发的磁激元共振（Magentic Polaritons，“MP”）效应，实现了石墨烯在近红外波段的吸收增强。利用有限元法的理论仿真，系统研究了纳米结构参数对石墨烯吸收特性的影响。结果表明，在特定结构参数下，能使石墨烯的吸收率增大16倍左右。利用Inductor-Capacitor(LC)电路模型成功解释了石墨烯的吸收增强的物理机制，预测了复合系统的磁激元共振峰波长，发现石墨烯的存在不影响磁激元共振峰的位置。文中提出的纳米结构在加工上易于实现，研究结果将在基于石墨烯的新型光电子器件的设计和实现方面有潜在应用价值。
光散射理论研究
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  卷云冰晶粒子散射相函数的展开系数研究

  邓小波，丁继烈，刘海磊，张升兰，常越，黄启宏

  光散射学报. 2016, 28(2): 102-105. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602001

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        冰晶粒子散射相函数的多项式展开可以应用于卷云条件下大气辐射传输模式的计算。本文利用广义球函数对表面严重粗糙的冰晶粒子相函数进行展开，并对表面严重粗糙的实心棱柱模型、实心棱柱聚合物模型和一般种类混合模型3种冰晶粒子的展开系数特性进行分析研究，数值计算结果表明了广义球函数对表面严重粗糙的冰晶粒子多项式展开的有效性。
表面增强拉曼散射技术
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  滤纸SERS基底的制备及其在精浆分析中的应用

  曹刚，黄祖芳，孙艳，杜生荣，林金勇，林居强，冯尚源，雷晋萍，林宏心，陈荣

  光散射学报. 2016, 28(2): 106-111. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602002

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     本文介绍浸泡法制备基于滤纸的SERS基底，并分析滤纸SERS基底表面银纳米粒子（AgNP）的分布与浸泡时间的关系。以精浆为检测对象，通过对比514 nm和785 nm两种波长激发获得的精浆SERS光谱数据，确认了785 nm激发具有更好的光谱数据，同时还比较了该波长激发下精浆的常规拉曼光谱与SERS光谱。更为重要的是，通过采用精浆中654 cm^-1谱峰强度评估不同浸泡时间下（6 h, 12 h, 24 h）滤纸SERS基底的增强性能和测量结果的重复性。实验结果表明，12 h浸泡获得的滤纸SERS基底表面具有均匀的AgNP分布，在785 nm波长激发下，这种SERS基底对于精浆SERS光谱显示出很好的增强效果和光谱重复性。
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  吩噻嗪表面增强拉曼光谱的密度泛函理论研究

  庄志萍，于博，赵冰，徐冉

  光散射学报. 2016, 28(2): 112-115. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602003

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      吩噻嗪是含有有N、S的杂环化合物，具有大的离域π键。用Gaussian 09程序，在B3LYP方法下，Ag原子使用LANL2DZ赝式基组，C、H、N、S等原子使用6-31++G(d,p)基组，优化并计算了吩噻嗪和吩噻嗪银配合物（PTH-Ag）的拉曼光谱，并利用GaussianView对PTH分子进行归属，为食品和产品中吩噻嗪残留的定性、定量测定提供理论依据。计算结果说明连接Ag原子越多，增强效果越明显。
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  金微/纳颗粒阵列的SERS效应研究

  朱储红，孟国文，王秀娟

  光散射学报. 2016, 28(2): 116-119. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602004

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      表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, 简称为SERS)能够提供有机分子的指纹特征信息，且具有灵敏度高和响应时间短等优点，是一项具有发展前景的分析技术。纳米结构SERS基底是获得SERS信号的关键。本文利用简便的电沉积方法在硅片上制备大面积的金微/纳颗粒阵列。金纳米颗粒之间存在大量狭小的纳米间隙，在光激发下产生大量的SERS“热点”，从而具有很高的SERS灵敏度。而且，这种金微/纳结构具有高结构稳定性和化学稳定性。该结构对浓度低至10^–12 M的罗丹明6G (R6G)具有很高的SERS灵敏性，且具有很好的SERS信号均匀性。利用这种微/纳结构阵列SERS基底，实现对水中低浓度农药甲基对硫磷的成功检测。这表明我们制备的金微/纳颗粒阵列在检测环境中的毒性有机物污染物方面具有潜在的应用前景。
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  甲氰菊酯在纳米银膜上的SERS光谱检测

  张德清，张国强，熊洋，尹德都，李伦，张川云，刘艳，刘仁明，司民真*

  光散射学报. 2016, 28(2): 120-124. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602005

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  本文将聚乙烯醇（PVA）包覆的纳米银粒子组装在铝片表面形成的纳米银薄膜作为表面增强拉曼散射基底，使用扫描电镜对纳米银膜的表面形貌进行了表征。同时采用近红外激光（785 nm）作为激发光对甲氰菊酯的丙酮溶液（10^-4-10^-7 mol/L）进行了近红外表面增强拉曼散射（NIR-SERS）光谱检测。结果表明该方法对甲氰菊酯的检测极限为10^-6 mol/L。最后对甲氰菊酯的NIR-SERS光谱重现性进行了检测，即分别检测了浓度为10^-4 mol/L和10-5 mol/L的甲氰菊酯丙酮溶液各6个样品，实验结果表明该纳米银膜在检测甲氰菊酯时体现出了较好的重复性。
材料研究中的应用
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  基于CVD方法生长在硅基底上立方碳化硅的拉曼研究

  陈帅，谢灯，丘志仁,Tin Chin-Che，王洪朝，梅霆，万玲玉，冯哲川

  光散射学报. 2016, 28(2): 125-130. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602006

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     立方碳化硅(3C-SiC)薄膜通过化学气相沉积（CVD）制备在Si（100）衬底上。本论文主要通过椭偏光谱仪（SE）和拉曼散射对3C-SiC薄膜的微观结构和光学性能进行进一步的研究。根据SE的分析获得3C-SiC薄膜厚度；根据拉曼散射的分析：可从TO模式和LO模式的线形形状的拟合得到样品的相关长度和载流子浓度。结果表明：该碳化硅(3C-SiC)薄膜质量随膜厚度增加而得到提高，同时分析了外延层厚度对薄膜特性的影响。
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  纤锌矿氮化镓基阶梯量子阱中界面声子的色散谱与散射率#br#

  张立

  光散射学报. 2016, 28(2): 131-139. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602007

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     本文理论分析了纤锌矿GaN-基阶梯量子阱中的电子-界面光学声子散射性质。阶梯量子阱中的解析的界面声子态及Fröhlich电子-声子相互作用哈密顿被导出了。在考虑强内建电场效应及能带的非抛物性特性的情况下，阶梯量子阱结构精确解析的电子本征态也被给出了。以一个四层纤锌矿AlN-基阶梯量子阱为例进行了数值计算。结果发现，系统中存在四支界面光学声子模，这一观察明显不同于对称的GaN/AlN单量子阱与双量子阱的情况。这一差异被归结为阶梯量子结构的非对称性。GaN-基阶梯量子阱中的子带内散射率与子带间散射率比GaAs-基阶梯量子阱的结果大一个数量级，这被归因于GaN-基晶体大的电子-声子耦合常数。GaN-基阶梯量子阱的子带内散射率表现出与GaAs-基体系类似的结构参数依赖关系，但两类体系的子带间散射率对阶梯量子阱结构参数依赖则明显不同，这被归结为GaN-基阶梯量子阱结构中强的内建电场效应及带的非抛物性。结果还表明，高频界面声子模相对于低频界面声子模，对散射率的贡献更大。
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  α-氰基丙烯酸乙酯聚合物的拉曼光谱分析

  赵婧，杨超

  光散射学报. 2016, 28(2): 140-143. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602008

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      α-氰基丙烯酸乙酯是一种被广泛应用的粘合剂，俗称502胶，近年来它开始被用于指纹化学提取方面，作为指纹上残留物的背底，它的拉曼光谱分析变得更加重要。之前的报道只对其一部分的拉曼振动模式有比较粗略的指认。本文从实验中得到固化后的α-氰基丙烯酸乙酯的拉曼光谱，将其与丙烯酸、乙基化合物、氰基化合物等已经有详细、成熟指认的有机物的拉曼振动模式进行对比，同时考虑到α-氰基丙烯酸乙酯发生聚合反应的特有形式，对其有拉曼活性的20个振动模式进行了一次细致的指认。
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  GZO陶瓷的拉曼光谱研究

  贾彦华， 赵艳， 蒋毅坚，梅晓平

  光散射学报. 2016, 28(2): 144-148. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602009

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     采用固相烧结方法制备了纯ZnO陶瓷及GZO(Ga:ZnO)陶瓷。借助拉曼光谱和X射线衍射分别对ZnO陶瓷和不同掺Ga含量的GZO陶瓷进行了测量与分析。结果表明：GZO陶瓷均保持六角纤锌矿结构，在98 cm^-1，437 cm^-1处分别出现ZnO的特征峰E2(low)和E2(high)；比之纯ZnO陶瓷，在GZO陶瓷的拉曼光谱中出现了位于584 cm^-1以及631 cm^-1附近的新峰，位于1148 cm^-1附近的E1(LO)的倍频模随着Ga掺杂浓度的提高也发生了一些变化。对新峰的振动模归属以及掺杂后原有峰的变化进行了讨论，其中将位于631 cm^-1附近的拉曼峰，归因于Ga替代Zn位与O成键的局域振动模式（LVMGa-O）。
化学和生物研究中的应用
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  Li₂O-WO₃二元系熔融钨酸盐原位拉曼光谱研究

  王 建，尤静林，王媛媛，王 敏，伍 俊

  光散射学报. 2016, 28(2): 149-152. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602010

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  本文利用原位高温拉曼光谱技术并结合量子化学从头计算方法研究了Li₂O-WO₃二元系钨酸盐熔体中稳定存在的结构单元随成分变化的趋势，给出了其在不同成分下微结构的具体模型，并对其主要振动模式进行了归属。研究表明成分不同会导致四面体基团聚合形成不同长度的链状，且Li₂O与WO₃摩尔比越小，也即WO₃的含量越多，其链的长度越长；结合量子化学从头计算理论分析，认为当熔体的摩尔比为1:1、1:2、1:3以及1:4时，对应的阴离子基团模型分别为[WO₄]^2-、[W₂O₇]^2-、[W₃O10]^2-和[W₄O₁₃]^2-，其中[W₂O₇]^2-、[W₃O₁₀]^2-和[W₄O₁₃]^2-分别由两个、三个、四个[WO₄]^2-以共顶形式连接而成。
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  3,4,5-THBA无水及水合晶型的光谱实验及理论研究

  张慧丽 夏燚 方虹霞 张琪 洪治 杜勇

  光散射学报. 2016, 28(2): 153-162. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602011

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    本文利用傅里叶变换红外（FT-IR）、拉曼（Raman）和太赫兹（THz）光谱技术在室温下对3,4,5-三羟基苯甲酸（3,4,5-THBA）的无水和水合晶型进行了表征。运用密度泛函理论（DFT）的B3LYP方法分别对两种晶型进行了分子结构优化和频率模拟计算，并根据实验数据对其分子振动模式进行归属，发现3,4,5-THBA两晶型的分子振动模式有着显著不同。研究结果表明，结晶水分子与3,4,5-THBA分子之间的相互作用使得水合与无水晶型的空间构型不同。这一研究结果为利用光谱技术辨别药物晶型和进一步分析研究分子内和分子间相互作用提供了实验及理论依据。
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  基于主成分分析结合拉曼光谱快速识别血液归属的研究

  白鹏利，王钧，尹焕才，田玉冰，姚文明，高静

  光散射学报. 2016, 28(2): 163-167. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602012

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  以3种不同的动物（3*10）血样以及21个人血液作为分析对象，采用主成分分析（PCA）结合拉曼光谱进行血液定性识别检测，通过矢量归一化对拉曼信号进行预处理，以及杠杆值与残差值得分图剔除异样点，使得人与动物血样的识别率均高于95%，并在此基础上进一步采用PCA进行动物血样之间的识别，使得个体的识别率高于90%。实验结果表明PCA在血液识别检测中具有较好的应用前景和可行性，该方法也可以为刑侦、生命科学等应用领域提高借鉴。
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  不同衬底上生物膜与 Aβ 蛋白的相互作用的研究

  胡智萍1,2，王肖丽1,2，张振龙1,2，程秀英1,2*，毛艳丽1,2

  光散射学报. 2016, 28(2): 168-174. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602013

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  固体支撑脂质双层膜能很好的模拟生物膜系统，固体衬底的表面结构和性质会影响双层膜的成膜过程、流动性、微区形成以及化学活性，进而影响蛋白的特性。本文，我们在两种衬底云母和二氧化硅表面，构建了包含神经节苷脂GM1的固体支撑脂质双层膜，用拉曼光谱研究了两种衬底表面脂质膜的分子构象。并且，在脂质膜表面加入淀粉样-beta蛋白，分析两种衬底上淀粉样-beta蛋白的构象差异。
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  基于密度泛函理论的尼克酸分子振动光谱分析

  陶亚萍,韩礼刚,韩运侠,刘照军*

  光散射学报. 2016, 28(2): 175-181. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602014

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  实验测量了尼克酸分子的拉曼和红外光谱，用B3LYP混合泛函和cc-PVDZ基组计算了尼克酸分子的平衡构型、振动频率、拉曼和红外强度。采用GAR2PED程序对尼克酸分子进行了简正振动分析, 依据所得势能分布对尼克酸分子的振动频率进行了理论归属，弥补了以往文献缺少对其振动模式贡献进行定量研究的不足, 提供了更多的振动光谱信息。
其他光谱技术及应用
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  辐射雾对激光吸收特性的研究

  吴呈龙，唐晋生*，王乐，亓协兴

  光散射学报. 2016, 28(2): 182-184. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602015

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      为了得到辐射雾对激光的吸收特性，本文根据Maxwell-Garnett公式计算了高频条件下辐射雾中等效介电常数，然后由等效介电常数得到激光在雾中的吸收率，最后通过MATLAB平台进行数值模拟得出了直观的结果。结果表明，辐射雾对激光的吸收率与辐射雾中等效介电常数的虚部有关，且与其虚部成正比关系；辐射雾对激光的吸收率与辐射雾的可见度成正比；随着频率的增加，辐射雾对激光的吸收率迅速增大，在5 THz时达到最大值，随后逐渐减小，最后趋于一个稳定值。
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  关节软骨的荧光显微检测方法研究

  王潇1，吴曰超1，何俊豪1，毛之华1，张学喜1，蔡金洋2，王强2，尹建华1,*

  光散射学报. 2016, 28(2): 185-189. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602016

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      基于关节软骨组织中胶原蛋白的自发荧光特性，对软骨组织的荧光显微检测方法进行研究。首先基于荧光图像的统计处理，揭示健康样本与病变样本的差异。其次基于荧光的偏振敏感特性，利用线性二色性方法揭示了软骨组织存在的荧光各向异性特性，为利用荧光各向异性方法研究生物组织结构奠定基础。与传统的显微方法检测软骨组织的形态和超结构相比，利用荧光特性的荧光显微检测方法具有获取软骨组织结构的能力。本文的研究结果为开辟新的骨关节疾病诊断方法提供基础。
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  发光光谱研究不同粒径CdS 量子点与钴肟分子间的电荷转移

  叶云1, 2，徐钰兴1, 2，冯兆池1，王秀丽1 *，李灿1 *

  光散射学报. 2016, 28(2): 190-194. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.201602017

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     本文使用稳态及时间分辨发光光谱研究CdS量子点-钴肟（Co^Ⅲ(dmgH)₂(3-(OH)py)Cl）分子耦合光催化产氢体系中CdS量子点粒径大小在CdS-钴肟分子间电荷转移中的作用。粒径为3.9, 4.4 和5.0 nm的CdS量子点都表现出带边发光及长波处的橙色缺陷发光。随CdS量子点粒径的减小，带边发光减弱，缺陷发光增强，且小粒径量子点表现出了更长的发光寿命。钴肟分子的引入迅速猝灭CdS量子点的带边发光和缺陷发光，且缺陷发光的猝灭常数比带边发光更大。CdS量子点的粒径越小，发光猝灭的效率越高。这些结果证明，CdS量子点的自由载流子和束缚载流子都可以转移到钴肟分子上，且束缚载流子的转移效率更高。CdS量子点粒径越小，CdS向钴肟分子的光生电荷转移效率越高。