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1064nm便携式拉曼光谱仪在ZrO2纳米材料研究中的应用

发布日期:2023-05-30    

一、研究背景

二氧化锆具有良好的光学、热学、电学和机械性质,特别是纳米ZrO2是一种应用极为广泛的无机材料。纳米级二氧化锆粉体具有独特的性能,如常温下为绝缘体,而高温下则具有导电性、增韧性和敏感特性等;在橡胶、陶瓷、涂料、日用化工等方面具有广泛的应用,同时也可用于制造气体传感器、荧光体、压敏材料、压电材料、变阻器、高温燃料电池、高温光学组件、高效催化剂等。因此对ZrO2性质及粒子结构的研究对后续材料应用有着重要意义。

拉曼光谱作为表征分子振动能级的指纹光谱,能够提供材料在振动和电子性质方面的独特信息,被广泛应用在物理、化学、生物学与材料学科等领域 

二、测试样品及实验仪器搭建

中科院物理所刘玉龙老师使用如海光电1064nm便携式拉曼光谱仪对ZrO2纳米材料进行了研究。

1. 测试样品

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2. 仪器搭建

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三、实验结果

在这项研究中,刘老师分别测试了4nm80nm粒径ZrO2样品,测试结果如图1所示。

图中A样品是4nm粒径的ZrO2,可以看出,(11064便携式拉曼光谱仪抑制荧光效果明显;(2与晶体的ZrO2的拉曼光谱相比,由于样品的颗粒直径小,表面缺陷增多,A样品的体相拉曼峰线宽变大,散射强度变弱;(3)同时由于样品晶粒尺寸小,样品比表面变大,在1050cm-1左右,出现了表面振动峰,随着纳米颗粒直径的增大,该峰就会消失;(4)此外,由于样品颗粒尺寸小,表面的缺陷增多(主要是断键或悬键),表面活性增加,由此在900-2000cm-1内出现了高价拉曼散射和空气中的水分子吸附的峰。

 

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1 两种ZrO2样品测试结果

 

图中B样品是在1100℃下进行退火得到的,退火后的纳米颗粒尺寸约为80nm。在高温下的退火,不仅使得纳米颗粒的尺寸增大,而且使得样品中的原子重排,有序度增加,导致拉曼峰的线宽变小,光谱的分辨率增加。样品B测试谱图中1050cm-1的消失是由于颗粒尺寸的增加,比表面减少引起的 

四、结论

刘老师提出了一种ZrO2快速检测方法,可通过如海光电1064拉曼光谱仪简单、快捷的得到ZrO2的结构信息,对后续研究ZrO2材料性质有着重要意义。

四、产品推荐

Portman1064便携式拉曼光谱仪

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1、产品简介

Portman1064是一款便携式高灵敏度高信噪比制冷的拉曼光谱仪,其内部采用InGaAs阵列探测器,并采用色散型的光学设计,提高了探测器的灵敏度,让仪器具备了捕捉微弱拉曼信号的能力

相比于785nm、532nm拉曼光谱仪,1064nm对于组织等生物样品的破坏性更小,避开了玻璃、生物组织等很多物质的荧光发射区域对于很多被测物质具备低荧光背景优势。1064nm相对于可见段的532nm、785nm具备更好的穿透性,可以穿透棕色玻璃瓶、白色塑料包装以及纸等包装材料

 

2、产品特点

Ø 宽积分时间:积分时间可以从8ms~30min设定;

Ø 高稳定性:峰值波动RMS<1% @2hrs;

Ø 良好的穿透性:可以穿透棕色玻璃、白色塑料、包装纸;

Ø 高分辨:相对于同类产品, 优化的光路设计和512pixels可以提供15-18cm-1 的分辨率。