20
White light Image
30
40
50
60
40
50
60
70
80
Length X (祄)
Length Y (祄)
2-纳米材料
碳纳米管研究
3.0
2.5
Tube Diameter
2.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic properties
Radial Breathing Mode
——任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题
不
得
不
说
• 1-灵敏度
的
• 2-光谱分辨率
话
• 3-空间分辨率
影响：准确性、取谱速度、空间分辨效果
光谱分辨率
Intensity (cnt) Intensity (cnt)
12 000 11 000 10 000
9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000
•组分信息 •结构信息
1800
2000
拉曼光谱给出的信息？
PET的拉曼光谱－－官能团
Bg
Bg
乙二醇模式: 结构的指示剂
羰基伸缩 线宽=>结晶度
拉曼光谱给出的信息？
Intensity (A.U.)
2000200000 甲醇vs. 乙醇
1500150000
CH3OH vs. CH3CH2OH
OH Bending
拉曼光谱应用-鉴定不同材料
在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱
10000
8000
Nylon6 尼龙
6000
Kevlar 合成纤维
Pstyrene 聚苯乙烯
4000
PET
2000
Paper 纸纤维
Ppropylene丙烯
PE/EVA
0
聚乙烯
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Imaging Accessories
PL 光谱和拉曼光谱对于CNT的管径和手性都非常敏感
由于SWCNTs的发光范围集中在1.0 to 1.6 um, 所以有很大的应用前景.
Intensity (counts/s) Intensity (counts/s)
激发光 : 785nm
Raman
PL
140
794nm~914nm
250 1100nm~1550nm
拉曼光谱成像方法
Point by point illumination : Sample rastering in x and y
Grating
Sample on XY motorised stage
Detector Spectral image
Only one point of the sample is illuminated by the laser and the corresponding spectrum is recorded - takes full advantage of confocal filtering
空间分辨率(共焦技术)
——寻找好的共焦技术？
900
x103
高分子多层膜
Intensity (cnt)
Intensity (cnt)
800 700
1000 x10-3
35
1000
Intensity (cnt)
1200
1400
1600
Raman Shift (cm-1)
15
1800
10
5
0
1200
1400
密决？
010 －8567 9966 －219
空间分辨率(共焦技术)
微区
空间分辨率？
非聚焦
共焦技术可以实现: •得到更好的横向分辨率 (<1µm) •极大的提高了纵向分辨率 (~2 µm) • 有效地减少荧光干扰
共焦针孔
应用中可以解决：
➢ 微米和亚微米颗粒 ➢ 可以研究材料中的包裹体 ➢ XY 和 Z 成像 : 相分布和结构分布,多层膜样品分析
➢ 结构信息（晶体、无定形、同分异构 体…)
Intensity
Band postion band Position shift
Band Width
Raman shift
拉曼光谱的特征
拉曼频移
峰位与激发波长没有关系
多激发波长：选择适合的激发波长
70000
60000
Intensity (a.u.)
50000
什么是拉曼效应?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
散射光
弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射）
非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射）
瑞利散射
scatter= laser
laser
拉曼散射
scatter> laser
什么是拉曼效应?
拉曼光谱给出的信息？
520
不同材料的拉曼光
10 000
Intensity (cnt)
高分子聚合物
2000
1500
Single spectrum 1000 Component 1
500
500
1000
1500
Wavenumber (cm-1)
8000
Single spectrum 6000 Component 2
4000
2000
500
1000
1500
Wavenumber (cm-1)
5000
25000 20000 15000 10000
5000 0
500 500
532 nm
1000
1500
2000 Wavenumber (cm-1)
2500
3000
633 nm
1000
1500
2000 Wavenumber (cm-1)
2500
3000
785 nm
1000
1500
2000 Wavenumber (cm-1)
会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色
发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信
息，因此这种效应命名为Raman效应。
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (cm-1)
D-band Info on defects
不同管径的碳纳米管与不同激发波长共振,因此可以 通过不同激发波长研究不同手性和管径的碳纳米管
Conduction Valence
0
SiC的拉曼光谱图
分辨率为 2 cm-s1i普c1通1-5分32辨18率00
4 000
分ssiicc11辨11--553322率1680000 为0.65 csmic-11高1-5分32辨60率0
3 500
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
555
560
565
570
575
580
The Raman map consists of the superimposed spectra of the both components.
The cursors than can be used to generate 2000 Raman mapped images
Because of confocality the Raman map can show very exactly the localization of comp. 1 and 2 (spatial resolution at ex = 633 nm 0.8 µm lateral and 1.2 µm axial)
1600
1800
-40
Raman Shift (cm-1)
好的共焦状态
-30
-结果！
空间分辨率(共焦技术)
高分子多层膜
Intensity (cnt)
20 000 15 000 10 000
5 000 0 -40
-30
-20
Z (祄)
共焦状态不好
-10
0
界面？
3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍
谱有各自的不同于其
8 000
6 000
它材料的特征的光谱
4 000
-特征谱 2 000
为表征和鉴别材料提
供了指纹谱
20000
深入开展光谱学和材 15000 料物性研究打下基础
10000
400
600
Raman Shift (cm-1)
1332 1580
5000
0
1000
1200
1400
1600
Wavenumber (cm-1)
35350000
ni = no-n (cm-1)
拉曼光谱给出的信息？
定性的信息 : 拉曼光谱是物质结构的指纹光谱 定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布
➢ 化学组成，污染物探测...
➢ 振动频率可以给出结构的细微变化， 对于分子所处的局域环境，比如晶相， 局域应力和结晶度等 都很敏感
拉曼光谱应用领域：