2021年, 第33卷, 第2期　刊出日期：2021-06-10

  

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综述
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  角分辨布里渊光散射对材料的弹性和热学性能研究的综述

  庞思敏, 谢亚茹, 张俊

  光散射学报. 2021, 33(2): 101-111. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102001

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  材料的弹性和热学性能对于材料基本性质研究、器件的结构设计以及性能优化等具有重要的参考价值。本文综述了角分辨布里渊光散射的基本原理以及如何利用角分辨布里渊光散射光谱技术获得材料的弹性常数、德拜温度和晶格热导率等物理量,并介绍了该技术在研究块体、薄膜和二维材料的弹性和热学性能以及相关物理现象如声子瓶颈效应、尺寸效应等中的应用。角分辨布里渊光散射光谱技术的应用有助于深入了解如何通过改变材料的厚度、温度、应力等外部工程对材料的弹性和热学性能进行调控,同时也为研究二维材料和声子晶体等的弹性和热学性能提供了一种新的途径。
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  远程增强拉曼光谱技术及其应用

  赵家炜, 马建乐, 郝锐, 李铃薇, 李永高, 方吉祥

  光散射学报. 2021, 33(2): 112-128. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102002

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  远程痕量检测技术在公共安全、环境监测、军事战争等领域具有重要的应用前景。拉曼光谱作为一种分子散射光谱,具有指纹识别、无损检测等优势,在远程痕量检测中前景广阔。本文综述了远程增强拉曼光谱技术及其应用。首先,从发展历程、关键技术和技术联用等角度综合分析了远程拉曼光谱检测系统;其次,简要介绍了近场增强拉曼光谱的原理及典型增强衬底,并分析了远程增强拉曼光谱技术可能的实现途径;最后,分类介绍了远程增强拉曼光谱技术在众多领域的应用及展望。
表面增强拉曼散射技术
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  基于表面增强拉曼光谱技术的多通道同时快速检测原烟中的多菌灵和甲基硫菌灵

  李霞, 陈晓水, 黄艺伟, 杨君, 周国俊, 李剑锋

  光散射学报. 2021, 33(2): 129-134. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102003

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  基于表面增强拉曼光谱(SERS)高灵敏的分子结构表征优势,本文发展了一种结合便携式拉曼光谱仪,利用SERS实现原烟中广谱杀菌剂多菌灵和甲基硫菌灵的多通道同时快速检测方法。该方法首先对前处理技术进行了优化,将多菌灵与甲基硫菌灵分离于同一处理液的不同溶液层中,再利用便携式拉曼光谱仪进行检测,实现了一次前处理同时区分检测多菌灵与甲基硫菌灵,最终实现了多通道的快速检测。测试结果表明,原烟中多菌灵、甲基硫菌灵残留量的检测灵敏度可达到1 mg/kg,检测时间为10~15 min。本文所建立表面增强拉曼光谱检测方法,更加环保、简便,抗干扰能力强,检测速度快,成本低,适用于大量样本的筛选和现场监控。
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  溶致液晶模板法制备花形银微纳米颗粒及其表面增强拉曼性能研究

  鄢侠涛, 杨帆, 李煜, 张颖

  光散射学报. 2021, 33(2): 135-141. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102004

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  在室温下,采用电沉积的方法结合溶致液晶软模板辅助银离子自组装协同生长效应,在ITO玻璃基板上制备了花形银微纳米颗粒,通过调节电沉积直流电压大小实现了对花形银微纳米颗粒的可控制备。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线能谱等技术对材料的表面形貌、晶格结构、成分进行表征。实验结果表明,当直流电压值小于8 V时,随着电压增加,银颗粒片状结构数目增加、表面“热点”数目增多;当直流电压值大于8 V后,片状结构更趋于细化并倾向于沿着基板表面向更远处延伸生长。以罗丹明6G作为拉曼探针,对不同条件下制备的样品拉曼增强效果进行测试,结果表明,电压为8 V时制备的样品拉曼增强效果最佳,增强因子可达10⁷量级。样品良好的拉曼增强性能以及成本低廉、简单的制备过程表明,该方法制备的表面增强拉曼基底具有潜在的应用前景,此研究为其进一步的实用化应用奠定了基础。
材料中的应用
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  层状铁电晶体MBiP₂X₆(M=Cu, Ag; X=S, Se)拉曼光谱的第一性原理研究

  侯燕, 冯敏, 马得原, 王玉芳

  光散射学报. 2021, 33(2): 142-148. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102005

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  基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文首次研究了过渡金属卤代磷酸酯MBiP₂X₆ (M=Cu, Ag; X=S, Se)三维晶体和二维晶体的声子色谱和拉曼散射谱。以反铁电晶体AgBiP₂Se₆为例,根据声子谱的计算结果,验证了低温反铁电相是动力学稳定的。结合声子总态密度可以得到:声子谱光学支的低频部分主要来源于阳离子M⁺和Bi³⁺的刚性平移振动,光学支相对高频部分来源于[P₂Se₆]基团的内振动。此外,对MBiP₂X₆的声子振动模进行了归属和识别,分析其拉曼活性模的振动频率对厚度的依赖关系。研究表明:随晶体结构层数的增加,A_1g(或A)模的振动频率稳定在203 cm^-1,E_g (或E)模的振动频率在430 cm^-1附近红移8 cm^-1左右。在低频(≤100 cm^-1)下,刚性拉曼振动模较为显著,这与发生顺电-铁电相变时阳离子M⁺和Bi³⁺的相对平移有着密切的关系。
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  DyVO₄高压拉曼光谱研究

  王宝云, 宋茂双

  光散射学报. 2021, 33(2): 149-155. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102006

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  利用金刚石压腔和拉曼光谱研究了DyVO₄的压缩行为。结果表明:DyVO₄在0-35.4 GPa发生了两次相变。第一次相变在7.8±0.5 GPa开始,在13.3 GPa结束,DyVO₄从锆石相不可逆地转变成白钨矿相,这个相变伴随着锆石相拉曼峰的消失和白钨矿相拉曼峰的出现,光谱特征清晰。第二个相变发生在约21.9 GPa, DyVO₄从白钨矿相进一步可逆地转变成褐钇铌矿相。白钨矿相模133 cm^-1 (B_g)频率随压力的演化趋势在相变点发生变化,另外对应VO₄四面体伸缩振动区域的拉曼峰在褐钇铌矿相逐渐展宽。DyVO₄的褐钇铌矿相一直稳定到35.4 GPa,卸压到常压后,DyVO₄是白钨矿相。
光散射理论
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  二维铁电体CuCrP₂S₆的第一性原理研究

  翟元玮, 冯敏, 王玉芳

  光散射学报. 2021, 33(2): 156-164. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102007

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  三维铁电体材料以其众多优良的性质在许多电子行业内起着无可替代的作用,如制作铁电存储器、高能电容器等等。但随着纳米技术的日趋成熟,磁电材料逐渐受到悬空键和量子隧穿效应等负面因素的影响。因而,二维铁电材料逐渐进入科研人员的视野,它有望克服上述难题。本文利用第一性原理密度泛函理论模拟,关注了一种典型的层状金属硫磷酸盐——CuCrP₂S₆晶体,揭示了自发极化的原理,同时探究了能带、态密度和光学等物理性质。结果显示其是一种能保持铁电极化状态的二维半导体材料。
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  Au膜-WSe₂复合结构的发光特性研究

  岑栋湛, 郑业雄, 李嘉志, 吴文航, 石庆峰, 唐伟明, 温锦秀

  光散射学报. 2021, 33(2): 165-170. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102008

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  过渡金属硫化物(transition metal dichalcogenides,TMDs)具有优异的光学、电学性能,其中,二维WSe₂薄膜作为典型的TMDs类材料之一,凭借其可调控的光学带隙,在光电子器件领域有极大的潜在应用价值。但是,由于单层的WSe₂薄膜具有较低的光学吸收截面,对于光的吸收效率较弱,限制了其在光电器件中的应用发展。因此,如何提高单层WSe₂薄膜的光吸收和光发射效率成为了人们的研究热点。本文将单层WSe₂薄膜作为研究对象构建了Au膜-WSe₂复合结构,通过显微光致发光光谱分析其光学性能,分别对比了Au膜-WSe₂交界处和Au膜-WSe₂复合区域与纯WSe₂区域的发光特性,研究表明Au膜与WSe₂薄膜直接接触发生了荧光淬灭效应,发光强度减弱;而在两者交界处,受到金属表面等离极化激元效应的作用,交界处的发光强度有明显的增强;为了解释这现象,本文建立了相应的物理模型来解释Au膜-WSe₂复合结构的发光特性。
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  基于液芯柱透镜测量磷肥水溶液的液相扩散系数

  周志和, 刘哲, 李黎, 孟伟东, 普小云

  光散射学报. 2021, 33(2): 171-178. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102009

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  磷肥水溶液在水体中的扩散是造成湖泊水质富营养化的重要原因之一。本文基于液芯柱透镜构建的光学检测系统,用“等折射率薄层”移动方法,在室温下(25℃)分别测量了磷酸氢二铵(DAP),磷酸二氢铵(MAP)和磷酸二氢钾(KDP)三种磷肥水溶液的液相扩散系数(D值),测量结果分别为D_DAP=(1.012±0.019)×10^-5cm²/s,D_MAP=(1.030±0.042)×10^-5cm²/s和D_KDP=(1.019±0.097)×10^-5cm²/s,并用“泰勒分散法”验证了测量结果的正确性。三种磷肥水溶液液相扩散系数的准确测量,对湖泊水污染过程数学模型的建立及求解具有重要的应用价值,其在湖泊水污染的防治方面有重要的科学和环保意义。
化学和生物研究中的应用
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  基于HOF-ATR-FTIR光谱学的乳腺癌的蛋白质二级结构变化及识别研究

  唐金兰, 陆燕飞, 包一麟, 赵远, 尚林伟, 尹建华

  光散射学报. 2021, 33(2): 179-186. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102010

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  衰减全反射傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱技术可以用来直接测量生物组织的红外光谱。本研究首次采用自制的空心光纤(HOF)-ATR探针耦合FTIR光谱仪实现了健康和癌变乳腺组织原位光谱探测。利用去卷积、二阶导数和曲线拟合方法对所测光谱的酰胺I带(1700-1600 cm^-1)进行了分析,获得了乳腺组织中蛋白质各二级结构的含量信息。发现癌变和正常乳腺组织的二级结构组成有明显差异,即癌变乳腺组织中β-折叠、无规卷曲和非典型螺旋的含量要低于正常乳腺组织,α-螺旋和β-转角的含量要高于正常乳腺组织。二级结构含量分析发现,乳腺癌变时胶原蛋白和丝心蛋白在减少,α-角蛋白的合成明显增加,初步揭示了相关癌变机制。进一步分别采用酰胺I带和全光谱建立偏最小二乘判别模型,发现仅用酰胺I带建立的判别模型判别准确性(81.8%)和模型稳定性都明显低于全光谱模型(97.0%)。这表明酰胺I带虽然包含蛋白质二级结构变化的大量信息,但仍不足以代替其它主要生物成分的变化以精确分辨癌变组织。本研究表明,基于HOF-ATR-FTIR光谱技术对乳腺组织中蛋白质二级结构的研究可以在分子水平上深入分析和理解乳腺组织癌变机理,并同时提供一种对组织癌变进行原位检测和精确识别的有效方法。
其它光谱技术及应用
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  银溶胶掺杂调控光子晶体结构色及反射率

  杜沈璇, 冯立苗, 毛越, 张慧姣, 黎梅, 于博荣

  光散射学报. 2021, 33(2): 187-192. https://doi.org/10.13883/j.issn1004-5929.202102011

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  本文将不同含量的银纳米粒子(Ag NPs)掺杂到不同粒径的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)胶球乳液(P(St-MMA-AA)乳液)中,利用蒸发诱导自组装方法制备带有结构色的Ag NPs/P(St-MMA-AA)光子晶体材料。实验结果表明,银纳米粒子及其表面活性剂的含量与光子晶体结构色的亮度和反射光谱峰的强度密切相关。银纳米颗粒作为等离子体材料,在受到电磁辐射的激发下,可支持自由电子在金属中集体振荡产生共振散射,这将有助于P(St-MMA-AA)光子晶体材料应用范围的拓宽。