拉曼效应

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拉曼效应资料

拉曼效应资料

拉曼效应拉曼效应是一种光谱学现象,最早由印度物理学家拉曼在1928年首次发现。

这一效应在物理学、化学和生物学领域都有广泛的应用。

拉曼效应是指当光线与物质相互作用时,散射光中会包含一些与入射光频率不同的特征频率,这种频移称为拉曼频移。

拉曼散射拉曼效应主要表现为拉曼散射,这是一种光的散射过程。

当光通过物质时,部分光子会与物质中的原子或分子相互作用。

在这个过程中,光子能量的一部分被转移给原子或分子,导致散射光的频率发生变化。

这种频率变化就是拉曼频移。

斯托克斯拉曼散射斯托克斯拉曼散射是指拉曼频移对应的散射光频率比入射光频率低的情况。

这是最常见的拉曼散射类型,也是最容易被观察到的一种。

反斯托克斯拉曼散射与斯托克斯拉曼散射相反,反斯托克斯拉曼散射是指拉曼频移对应的散射光频率比入射光频率高的情况。

反斯托克斯拉曼散射的强度通常比斯托克斯拉曼散射弱很多,但在某些情况下也具有重要意义。

拉曼光谱通过测量拉曼散射光的频率,可以得到物质的拉曼光谱。

拉曼光谱提供了关于物质的结构和性质的信息,因此在化学、物理和材料科学研究中得到广泛应用。

声子拉曼谱声子拉曼谱是研究固体和晶体结构中声子状态的重要方法之一。

通过声子拉曼谱可以了解晶体中的振动模式和声子能级,为研究材料的热性质提供重要依据。

表面增强拉曼光谱表面增强拉曼光谱是一种利用表面等离激元效应增强拉曼信号的方法。

通过表面增强拉曼光谱可以增强信号强度,使得检测灵敏度得到提高,对微量物质的检测具有重要意义。

拉曼效应在生物学中的应用除了在物质科学中的应用外,拉曼效应在生物学研究中也具有重要作用。

通过拉曼光谱可以检测细胞、组织和生物分子的结构和成分,为生物学研究提供了新的手段。

结语拉曼效应是一项重要的光谱学现象,广泛应用于物理学、化学和生物学等领域。

通过研究拉曼效应,我们可以更深入地了解物质的结构和性质,推动相关学科的发展。

拉曼效应的发现和研究为人类认识和探索世界提供了新的途径,具有重要的科学意义和应用价值。

第八讲分子振动光谱之拉曼Raman.PPT

第八讲分子振动光谱之拉曼Raman.PPT
4)对于极化率很低的硅酸盐矿物,拉曼效应很弱, 因而限制了拉曼光谱在此类矿物上的应用。
(五)拉曼光谱图常规分析方法
➢ 凡不引起分子偶极矩改变的振动是非红外活
性的振动,不能形成振动吸收,使红外光谱 的应用受到一定程度的限制。
➢ 但是这些红外非活性的振动信息可以通过拉
曼光谱来获得。故拉曼光谱常作为红外光谱 分析的补充技术,俗称“姐妹光谱”。
拉曼散射是与入射光电场E所引起的分子极化的
诱导偶极矩有关。
拉曼散射的发生必须在有相应极化率α的变化
时才能实现,这是和红外光谱所不同的。 在红外光谱中检测不出的谱线,可以在拉曼光
谱中得到,使得两种光谱成相互补充的谱线。
在激光拉曼光谱中有一个重要参数即退偏振
比ρ(也可称为去偏振度)。 退偏振比ρ对确定分子的对称性很有用。 退偏振比ρ定义为:
的跃迁能级有关的频率是ν1,那么分子从低能级 跃到高能级从入射光中得到的能量为hν1,而散 射光子的能量要降低到hν0-hν1,频率降低为ν0ν1。
(2)分子处于振动的激发态上,并且在与光
子相碰时可以把hν1的能量传给光子,形成一条能 量为hν0+hν1和频率为ν0+ν1的谱线。
➢通常把低于入射光频的散射线ν0-ν1称为斯托克斯
此外,络合物中金属-配位体键的振动频率一 般都在100~700 cm-1以范围内,用红外光谱研究比 较困难。然而这些键的振动常具有拉曼活性,且在 上述范围内的拉曼谱带易于观测,因此适合于对络 合物的组成、结构和稳定性等方面进行研究。
图 各种碳材料的拉曼光谱
傅里叶变换拉曼光谱是陶瓷工业中快速而有效的 测量技术。陶瓷工业中常用原料如高岭土、多水高岭 土、地开石和珍珠陶土,它们都有各自的特征谱带, 而且拉曼光谱比红外光谱更具特征性。

larman定律

larman定律

larman定律
摘要:
1.拉曼定律的背景和定义
2.拉曼效应的原理
3.拉曼光谱的应用领域
4.我国在拉曼光谱技术的研究和发展
5.拉曼光谱技术的未来展望
正文:
拉曼定律,又称拉曼散射定律,是印度物理学家钱德拉·拉曼于1928 年提出的。

该定律描述了光通过物质时,光线的散射现象。

根据拉曼定律,当光通过物质时,散射光中的一部分与入射光的频率相同,另一部分则与入射光的频率不同,这种现象被称为拉曼效应。

拉曼效应是一种非弹性散射现象,它使得物质对光的吸收和散射产生光谱,这种光谱被称为拉曼光谱。

拉曼光谱的原理是,当光束照射到物质上时,物质中的分子振动产生拉曼散射。

拉曼散射光与入射光之间的频率差与物质的性质有关,因此可以通过测量拉曼光谱来分析物质的结构和性质。

拉曼光谱具有很高的结构特异性,因此被广泛应用于化学、物理、生物医学、环境监测等领域。

在我国,拉曼光谱技术的研究和发展取得了显著成果。

自20 世纪50 年代开始,我国科学家就对拉曼光谱技术进行了系统研究,并取得了一系列重要成果。

近年来,我国在拉曼光谱技术领域的研究不断深入,不仅在理论研究方面取得了突破,而且在实际应用中也取得了显著成果。

例如,拉曼光谱技术被
成功应用于材料分析、生物医学诊断、环境监测等多个领域。

未来,拉曼光谱技术将继续保持稳定的发展趋势。

随着技术的不断进步,拉曼光谱仪器的性能将得到进一步提高,测量速度和灵敏度将得到显著改善。

此外,拉曼光谱技术在新领域的应用也将不断拓展,如在生物医学领域的个体化医疗、在环境监测领域的实时在线监测等。

拉曼散射

拉曼散射

Raman光谱仪
Raman 光谱仪主要由光源、外光路系统、样品池、单色器、信号处理输出系 统五部分组成。
1. 激光光源
激光是原子或分子受激辐射产生的。激光和普通光源 相比,具有以下几个突出的优点:
(1)具有极好的单色性。
(2) 具有极好的方向性。 拉曼光谱仪中最常用的是He-Ne气体激光器。
Ar+激光器是拉曼光谱仪中另一个常用的光源。 由于激光的这些特点,它是 拉曼散射光谱的理想光源,
E
拉曼散射谱线的强度与诱导偶极矩成正比。
二硫化碳的振 动及其极化度 的变化
退偏振比(去偏振度)
由于激光是线偏振光,而大多数的有机分子是各向异性 的,在不同方向上的分子被入射光电场极化程度是不同的。 在红外中只有单晶和取向的高聚物才能测量出偏振,而在激 光拉曼光谱中,完全自由取向的分子所散射的光也可能是偏
分子结构模型的对称因素决定了选择原则。比较理论结果与实 际测量的光谱,可以判别所提出的结构模型是否准确。这种方法在 研究小分子的结构及大分子的构象方面起着很重要的作用。
拉曼光谱产生的基本原理
拉曼散射是光照射到物质上发生的非 弹性散射所产生的。单色光束的入射光光 子与分子相互过程中,光子与分子间没有能 量交换 ,光子只改变运动方向而不改变频 率 ,这种散射过程称为瑞利散射。而在非弹 性碰撞过程中,光子与分子之间发生能量交 换 ,光子不仅仅改变运动方向, 同时光子的 一部分能量传递给分子 ,或者分子的振动和 转动能量传递给光子 ,从而改变了光子的频 率 ,这种散射过程称为拉曼散射。
拉曼偏振
composition of material
物质的组成
stress/strain State 张力 / 应力
e.g. MoS2, oO3

拉曼散射原理

拉曼散射原理

拉曼散射(Raman scattering)拉曼散射原理:光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射,又称拉曼效应。

1923年A.G.S.斯梅卡尔从理论上预言了频率发生改变的散射。

1928年,印度物理学家C.V.拉曼在气体和液体中观察到散射光频率发生改变的现象。

拉曼散射遵守如下规律:散射光中在每条原始入射谱线(频率为v0)两侧对称地伴有频率为v0±vi(i=1,2,3,…)的谱线,长波一侧的谱线称红伴线或斯托克斯线,短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线;频率差vi 与入射光频率v0无关,由散射物质的性质决定,每种散射物质都有自己特定的频率差,其中有些与介质的红外吸收频率相一致。

拉曼散射的强度比瑞利散射(可见光的散射)要弱得多。

作用:以经典理论解释拉曼散射时,认为分子以固有频率vi 振动,极化率拉曼散射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类型:拉曼散射共分为两类型1、共振拉曼散射(resonance Raman scattering):当一个化合物被拉曼光谱中较活跃的一个领域,原因在于:(1)当一些分子被吸附到某些粗糙的金属,如金、银或铜的表面时,它们的拉(见电极化率)也以vi 为频率作周期性变化,在频率为v0的入射光作用下,v0与vi 两种频率的耦合产生了v0、v0+vi 和v0-vi 三种频率。

频率为v0的光即瑞利散射光,后两种频率对应拉曼散射谱线。

拉曼散射的完善解释需用量子力学理论,不仅可解释散射光的频率差,还可解决强度和偏振等一类问题。

曼光谱学的一分支。

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。

自激光问世以后,关于激光的拉曼散射的研究得到了迅速发展,强激光引起的非线性效应导致了新的拉曼散射现象[1]。

入射光激发,激发线的频率处于该化合物的电子吸收谱带以内时,由于电子跃迁和分子振动的耦合,使某些拉曼谱线的强度陡然增加,这个效应被成为共振拉曼散射。

拉曼效应

拉曼效应

定理定律
1930年诺贝尔物理学奖授予当时正在印度加尔各答大学工作的拉曼(SirChandrasekhara Venkata Raman, 1888——1970年),以表彰他研究了光的散射和发现了以他的名字命名的定律。
在光的散射现象中有一特殊效应,和X射线散射的康普顿效应类似,光的频率在散射后会发生变化。“拉曼散 射”是指一定频率的激光照射到样品表面时,物质中的分子与光子发生能量转移,振动态(例如:原子的摆动和 扭动,化学键的摆动和振动)发生不同方式和程度的改变,然后散射出不同频率的光。频率的变化决定于散射物 质的特性,不同种类的原子团振动的方式是独一的,因此可以产生与入射光频率有特定差值的散射光,其光谱就 称为“指纹光谱”,可以照此原理鉴别出组成物质的分子的种类。这是拉曼在研究光的散射过程中于1928年发现 的。在拉曼和他的合作者宣布发现这一效应之后几个月,苏联的兰兹伯格(ndsberg)和曼德尔斯坦 (L.Mandelstam)也独立地发现了这一效应,他们称之为联合散射。拉曼光谱是入射光子和分子相碰撞时,分子 的振动能量或转动能量和光子能量叠加的结果,利用拉曼光谱可以把处于红外区的分子能谱转移到可见光区来观 测。因此拉曼光谱作为红外光谱的补充,是研究分子结构的有力武器。
(1)Material checks: inorganic and organic contaminations, stress材料 (2)Corrosions products: identification of different oxides腐蚀 (3)Carbon: diamond -CVD and natural,amorphous carbon,carbon fibres碳 (4)Adsorbates on catalysts and electrode surfaces催化剂和电极表面 (5)Forensic: detection & identification of drugs, explosives, fabrics etc.适于法庭 (6)Mineralogy and Gemmology: characterisation,inclusions,purity宝石学 (7)Art: identification of materials and paintings, (restauration!) (建筑物等)修复,修缮) 艺术品

拉曼光谱检测原理

拉曼光谱检测原理

拉曼光谱检测原理拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术,它可用于分析材料的结构和成分,同时也具有高灵敏度和非破坏性的特点。

拉曼光谱检测原理是基于拉曼散射效应,即特定波长的光与材料相互作用后,激发了分子的振动和旋转,导致光子的能量发生变化,这些能量变化在散射光中表现出来。

下面将对拉曼光谱检测原理进行详细介绍。

拉曼效应是20世纪20年代由印度物理学家C.V.拉曼首次发现并解释的。

拉曼散射是光与物质相互作用的结果,其中光子与分子之间发生相互作用。

当物质受到激发的光辐射时,部分光子会吸收或散射,而散射光的频率通常与入射光的频率有所不同。

拉曼光谱的主要原理是拉曼散射光的频率偏移。

当光散射时,与入射光相比,散射光中的一小部分光子会产生不同的频率。

这种频率偏移源自光子与分子之间的相互作用。

光子与分子之间的相互作用引起了物质分子的振动和旋转。

分子的振动可以导致光子的能量增加或减少,从而导致散射光的频率发生移动。

拉曼光谱检测原理包括傅里叶变换拉曼光谱(FT-Raman)和共焦点拉曼光谱(CRS)。

傅里叶变换拉曼光谱是在光谱信号上对光强进行傅里叶变换,将其转换为波数信息。

这种方法可以提供高分辨率和高灵敏度的拉曼光谱。

共焦点拉曼光谱结合了激光共焦显微技术和拉曼光谱分析,可以获取空间分辨力和化学信息。

拉曼光谱检测原理的应用非常广泛。

首先,它可以用于材料的结构分析。

根据拉曼光谱,可以确定材料中分子的结构和键。

此外,拉曼光谱还可以用于鉴定和表征物质的组成,例如检测药物中的活性成分、食品中的添加剂以及环境样本中的有毒物质。

此外,拉曼光谱还可以在化学和生物分析中进行定量分析和质量控制。

拉曼光谱检测原理还具有一些优点。

首先,它是非破坏性的,可以对样品进行实时、无损的分析。

其次,拉曼光谱的灵敏度很高,可以检测到非常低浓度的化学物质,甚至以单分子级别进行检测。

此外,拉曼光谱仪器简单易用,不需要复杂的样品准备过程。

总的来说,拉曼光谱检测原理是基于拉曼散射效应,通过检测入射光和散射光之间的频率差异来分析材料的结构和成分。

拉曼光谱简介

拉曼光谱简介
拉曼光谱简介
Raman spectra
拉曼光谱基本原理
拉曼效应是光与物质分子之间发生能量交 换的结果,光照射到物体上会发生弹性散射 和非弹性散射。 弹性碰撞:光子和分子之间没有能量交换, 仅改变了光子的运动方向,其散射频率等于 入射频率,这种类型的散射在光谱上称为瑞 利散射。 非弹性碰撞:光子和分子之间在碰撞时发生 了能量交换,即改变了光子的运动方向,也 改变了能量。使散射频率和入射频率有所不 同。此类散射在光谱上被称为拉曼散射。
(2)水是极性很强的分子,因而其红外吸收非常强烈。但水的拉曼散射却极微弱,因 而水溶液样品可直接进行测量,这对生物大分子的研究非常有利。此外,玻璃的拉 曼散射也较弱,因而玻璃可作为理想的窗口材料,例如液体或粉末固体样品可放于 玻璃毛细管中测量。
(3)对于聚合物及其他分子,拉曼散射的选择定则的限制较小,因而可得到更为丰富 的谱带。S-S,C-C,C=C,N=N等红外较弱的官能团,在拉曼光谱中信号较为强烈。
拉曼光谱基本原理
characteristic Raman frequencies
拉曼频率的确认
composition of material
物质的组成
e.g. MoS2, MoO3
changes in frequency of Raman peak
拉曼峰位的变化
stress/strain State 张力 / 应力 crystal symmetry and orientation
晶体对称性和取向
e.g. Si 10 cm-1 shift per பைடு நூலகம் strain e.g. orientation of CVD diamond grains e.g. amount of plastic deformation e.g. thickness of transparent coating

拉曼实验报告

拉曼实验报告

拉曼实验报告一、实验目的了解拉曼测试的原理,掌握一些相关的拉曼信息。

能看懂拉曼的基本信息图,会解一些基本的拉曼图。

二、实验原理当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会暗原来的发现透射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。

在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。

由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。

因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。

目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究1、激光拉曼光谱的原理光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射。

弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分。

非弹性散射的散射光有比激发光波长长和短的成分,通称为拉曼效应。

当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会按原来的方向投射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。

在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一些列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。

由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能及有关,因此,与红外吸收光谱类似。

对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。

目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究谱线特征。

2、拉曼光谱原理(1)光的散射入射光通过样品后,除了被吸收的光之外,大部分沿入射方向穿过样品,一小部分光则改变方向,发生散射。

一部分散射光的波长与入射光波长相同,这种散射称为瑞利散射。

(2)拉曼散射的产生机械力学的解释光由光子组成,这是光的微粒性。

光子与样品分子间的相互作用,可以用光子与样品分子之间的碰撞来解释。

光照射样品时,光子和样品分子之间发生碰撞。

拉曼散射效应

拉曼散射效应

S 0
S 0
Spotaneous Emission Probability
Spontaneous Emission Probability
e d c b a
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Scattering frequency (103cm-1)
e d c (*1.5) b (*25) a
1.5 拉曼光谱
拉曼(Raman),印 度物理学家。1921年 开始研究并在1928年 发现了光散射的拉曼 效应,1930年获得了 诺贝尔物理奖。和汤 川秀树(日)一起成 为仅有的两位没有受 过西方教育的诺贝尔 科学奖得主。为表彰 拉曼对印度科学进步 所作的巨大贡献,印 度政府将2月28日定为 “拉曼节”。
(
i*
id
d
)(
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dj
j
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在普通拉曼光谱中,中间态不是分子的本征态(通
常是个虚拟态),使吸收和散射的几率都很小。
在共振拉曼光谱中,由于激发光源频率落在被照射 分子的某一电子吸收带以内,使虚拟态变成了本征 态,从而大大增加了分子对入射光的吸收强度。
共振拉曼光谱对实验技术的特殊要求:
~ (1 2 )~
大拉曼位移
振动拉曼光谱的精细结构
跃迁选律
v 1 J 0, 2
J 2 J 0
~O (1 2 )~ 4B(J 3 / 2)
~Q (1 2 )~
J 2 ~S (1 2 )~ 4B(J 3 / 2)
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Scattering frequency (103cm-1)
Spotaneous Emission Probability

拉曼散射

拉曼散射
谱一样,都能提供分子振动频率的 信息,对于一个给定的化学键,其红外吸收频率与拉曼位 移相等,均代表第一振动能级的能量。
2、不同之处
a 、红外光谱的入射光及检测光都是红外光,而拉曼光谱的 入射光和散射光大多是可见光。拉曼效应为散射过程,拉曼 光谱为散射光谱,红外光谱对应的是与某一吸收频率能量相 等的(红外)光子被分子吸收,因而红外光谱是吸收光谱。
(2)、每一种物质(分子)有自己的特征拉曼光谱,可用拉曼光谱表征物质。
(3)、每一物质的拉曼频率位移(入射频率与散射频率之差)与入射 光的频率无关。
(4)、拉曼散射是瞬时的,入射光消失后10-11~10-12s内散射光消失。 (5)、拉曼谱线的宽度比较窄,且成对出现,即具有数值相同的正 负频率差,比入射光波长短的为反斯托克斯线,波长长的为斯托克斯 线。 (6)、分子做拉曼散射的同时,也有强度很大的瑞利散射。
2、拉曼散射的定义
弹性散射:散射光频率与入射光相同
不进行能量交换,只改变传播方向
散射分类: 瑞利散射、米氏散射
非弹性散射:散射光频率发生变化,二者交换能量,
传播方向发生改变
布里渊散射、拉曼散射
拉曼散射(Raman scattering):光通过介质时由于入射光 与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。又称拉曼 效应。
E1 + h0 E2 + h0
stokes线
h(0 - )
E1 V=1
h
E0 V=0
3、Raman散射基本原理
另一种是分子处于激发态振动能级,与光子碰撞后,分子从 入射光子获取确定的能量hν1达到较高的能级。则散射光子 的能量变为h(ν0+ν1)= hν,频率增加至ν0+ν1 。形成能量 为h(ν0+ν1)、频率为ν0+ν1的谱线。正拉曼位移,即ν0+ν1 称为反Stokes线(反斯托克斯线)。

拉曼效应

拉曼效应

“拉曼效应”的发现者---拉曼【简介】钱德拉塞拉卡·温卡拉·拉曼(1888—1970),印度物理学家、教育家,因在光散射方面的研究和拉曼效应的发现被授予1930年的诺贝尔物理学奖。

他是第一位获得诺贝尔物理学奖的亚洲科学家,在进行物理研究的同时也为印度培养了众多优秀人才。

【小传】纵观拉曼的一生我们可以发现他自身的优秀品质以及父亲对他的培养、启蒙是他成功的基石。

拉曼1888年11月17日出生于印度南部的特里奇诺波利,作为大学数学、物理教授的父亲从小对他进行科学启蒙教育。

而拉曼也并未让父亲失望,从小便表现出不凡的天资。

16岁大学毕业后一第一名的成绩获得物理奖学金,19岁又以优异的成绩获得硕士学位。

在1906年,年仅18岁的他就在英国著名杂志《自然》上发表了一篇关于光的衍射的论文,引起了不小的轰动。

优秀的人无论在哪里都会发光。

离校后拉曼在国家财政部担任总会计助理且因出色的工作而担负越来越重要的责任。

然而官场并非拉曼热衷的,他念念不忘自己的科学目标,利用全部的业余时间研究声学和乐器理论。

在印度教育协会的实验室中,经过近十年的努力,拉曼在没有高级科研人员的指导下做出了一系列的成果。

因而,1917年加尔各答大学破例邀请他担任物理学教授,从此拉曼开始了他专一的物理研究。

就这样,他在这里一干就是十六年。

在此期间不断有学者、教师、科研人员找他请教、学习、合作。

于是,以他为核心的学术团体逐渐形成。

1921年,拉曼代表加尔各答前往英国讲学表明他的理论的到了国际社会的认可。

他在印度科学进程上的贡献永不磨灭,印度人民永远怀念他。

1934年,创立印度科学院;1947年又创立拉曼研究所。

拉曼以超前的眼光抓住分子散射着一课题并持续研究。

“海水为什么是蓝色的?”就是这一简单的问题引出了世界闻名的“拉曼效应”。

他在《一种新的辐射》一书中指出:当单色光通过一种透明物质时会有一些光受到散射。

这种单色光被介质分子散射后频率发生改变的现象称为并合散射效应,即拉曼效应。

拉曼散射效应

拉曼散射效应

拉曼散射效应拉曼散射效应(Raman scattering)是指当光线与物质相互作用时,发生光的频率变化的现象。

这种现象是由印度物理学家拉曼于1928年发现的,因此被命名为拉曼散射效应。

拉曼散射效应是一种光的非弹性散射现象,与光的弹性散射(即瑞利散射)不同。

在光的弹性散射中,光线与物质相互作用后,只改变了光的传播方向,而光的频率保持不变。

而在拉曼散射中,光线与物质相互作用后,除了改变传播方向外,还发生了光的频率变化。

拉曼散射效应的发生是由于光与物质分子之间的相互作用。

当光线与物质相互作用时,物质分子会吸收光的能量,并发生振动。

这种振动会导致物质分子的极化程度发生变化,从而改变了光的频率。

具体来说,当光线与物质相互作用时,其中一部分光子会被散射出去,而散射光的频率与入射光的频率有所不同。

这种频率差异被称为拉曼频移。

根据拉曼频移的大小和方向,可以获得物质分子的结构和振动信息。

拉曼散射效应在科学研究和应用领域具有广泛的应用。

它可以用于研究物质的结构和性质,例如确定分子的化学组成、鉴定物质的晶体结构等。

此外,拉曼散射还可以用于生物医学领域,例如检测和诊断疾病,研究生物分子的结构和功能等。

在实际应用中,为了增强拉曼散射效应的信号强度,常常会采用拉曼散射增强技术。

这种技术利用一些特殊的材料或结构来增强物质与光的相互作用,从而增强拉曼散射效应的信号强度。

拉曼散射效应是光与物质相互作用时发生频率变化的现象。

它在科学研究和应用领域具有重要的意义,可以用于研究物质的结构和性质,以及在生物医学领域的应用等。

通过研究和利用拉曼散射效应,我们可以更深入地了解物质的本质和特性,为科学与技术的发展提供重要的支持。

拉曼效应的应用

拉曼效应的应用

拉曼效应的应用一、引言拉曼效应是一种非常重要的物理现象,它在化学、生物和材料科学等领域都有着广泛的应用。

本文将介绍拉曼效应的基本原理及其在各个领域中的具体应用。

二、拉曼效应的基本原理拉曼效应是指当光线通过物质时,光子与分子或晶体中原子振动相互作用,从而改变光线的频率和方向。

这种频率变化所产生的光谱被称为拉曼光谱。

三、化学领域中的应用1. 晶体结构研究:晶体结构中存在着很多振动模式,通过测量样品的拉曼光谱可以确定其晶格结构和振动模式。

2. 分子结构研究:通过测量分子样品的拉曼光谱,可以确定分子内部振动模式和分子间相互作用。

3. 化学反应研究:通过测量反应体系中样品的拉曼光谱,可以确定反应过程中产生的中间体和最终产物。

四、生物领域中的应用1. 药物研究:通过测量药物分子的拉曼光谱,可以确定其分子结构和相互作用,从而为药物的设计和研发提供依据。

2. 蛋白质研究:通过测量蛋白质样品的拉曼光谱,可以确定其二级结构、三级结构和氢键等信息。

3. 细胞研究:通过测量细胞样品的拉曼光谱,可以确定细胞内部代谢产物和脂质等成分。

五、材料领域中的应用1. 晶体缺陷研究:通过测量晶体样品的拉曼光谱,可以确定其中存在的缺陷类型和位置。

2. 纳米材料研究:通过测量纳米材料样品的拉曼光谱,可以确定其尺寸、形貌、表面性质等信息。

3. 电池材料研究:通过测量电池材料样品的拉曼光谱,可以确定其中存在的化学反应过程和离子传输机制。

六、总结拉曼效应是一种非常重要的物理现象,在化学、生物和材料科学等领域中都有着广泛的应用。

通过测量样品的拉曼光谱,可以确定其分子结构、晶体结构、缺陷类型和位置、纳米材料尺寸和形貌等信息,为相关领域的研究提供了有力的工具。

拉曼散射强度和温度效应

拉曼散射强度和温度效应

拉曼散射强度和温度效应
拉曼散射是一种非弹性散射现象,当光经过物质时,其中的分子或晶格发生振动,产生散射光,其频率和入射光不同,称为拉曼散射光。

拉曼散射光的强度与温度有一定的关系。

1. 温度引起晶格振动增强:随着温度的升高,晶格中的分子或原子振动增强,导致拉曼散射光的强度增加。

这是因为拉曼效应的产生需要晶格的振动引起光子的能量改变,而高温下晶格振动增强,使得产生拉曼散射的概率增加,因此拉曼散射强度随温度升高而增加。

2. 激发态浓度随温度变化:在液体或气体中,拉曼散射的强度与激发态分子或原子浓度有关。

随着温度的升高,激发态分子或原子的浓度可能发生变化,导致拉曼散射强度发生变化。

例如,在液体中,高温下由于热激发,激发态分子的浓度增加,使得拉曼散射强度增加。

总之,拉曼散射强度与温度有关,主要是因为温度引起晶格振动增强和激发态浓度随温度变化。

因此,通过测量拉曼散射强度的变化,可以了解材料中分子或晶格的振动信息和温度变化等。

拉曼光谱最小波数-概述说明以及解释

拉曼光谱最小波数-概述说明以及解释

拉曼光谱最小波数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述拉曼光谱是一种分析化学技术,利用拉曼效应来研究样品的分子结构和化学成分。

通过测量样品散射的光谱,可以获取有关样品分子的信息,包括键合状态、结构构型和各种化学反应的特征。

拉曼光谱是一种非破坏性技术,并且不需要对样品进行预处理,因此被广泛应用于化学、材料、生物和环境领域的科学研究中。

本文将重点讨论拉曼光谱中的最小波数现象,并探讨其在科学研究中的重要性和未来发展趋势。

1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为三个部分:引言、正文和结论。

引言部分将概述拉曼光谱的基本原理和应用领域,引出文章的主题。

正文部分将详细探讨拉曼光谱的基本原理,以及其在科学研究中的重要性和应用领域。

最后的结论部分将总结拉曼光谱最小波数的重要性,并展望其在未来的发展方向,以期为读者提供全面的信息和见解。

通过这样的结构安排,读者将能够系统性地了解拉曼光谱的相关知识,并对其重要性和发展前景有更深入的认识。

1.3 目的拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术,通过测量物质与激发光之间的相互作用,可以了解物质的结构、组成和性质。

本文的目的是探讨拉曼光谱中最小波数的重要性,以及其在科学研究和实际应用中的价值。

我们希望通过对拉曼光谱最小波数的深入分析,进一步展示其在材料科学、生物医药、环境监测等领域的广泛应用,以及对未来科学研究和技术发展的启示意义。

通过本文的探讨,读者可以更好地理解拉曼光谱在当代科学研究中的地位和作用,以及其潜在的未来发展方向。

2.正文2.1 拉曼光谱的基本原理:拉曼光谱是一种通过激发样品产生的拉曼散射光谱来分析样品结构和成分的技术。

它是由印度物理学家拉曼斯瓦米发现的,因此被称为拉曼效应。

在拉曼光谱中,样品被激发后,发生光子的散射,其中一部分光子的波数发生了改变,产生了拉曼散射光。

这种波数差值称为拉曼散射光的频移或拉曼频移。

拉曼光谱的基本原理可以从分子振动的角度解释。

当样品被激发时,它的分子会发生振动,导致分子内部的键的振动频率发生变化。

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Phosphorescent organic light emitting diode efficiency enhancement using functionalized silver nanoparticlesFeng Liu and Jean-Michel NunziCitation: Appl. Phys. Lett. 99, 123302 (2011); doi: 10.1063/1.3640892View online: /10.1063/1.3640892View Table of Contents: /resource/1/APPLAB/v99/i12Published by the American Institute of Physics.Related ArticlesIncreased efficiency of light-emitting diodes incorporating anodes functionalized with fluorinated azobenzene monolayers and a green-emitting polyfluorene derivativeAPL: Org. Electron. Photonics 5, 230 (2012)Increased efficiency of light-emitting diodes incorporating anodes functionalized with fluorinated azobenzene monolayers and a green-emitting polyfluorene derivativeAppl. Phys. Lett. 101, 153306 (2012)An earth-isolated optically coupled wideband high voltage probe powered by ambient lightRev. Sci. Instrum. 83, 104703 (2012)Organic light-emitting diodes with direct contact-printed red, green, blue, and white light-emitting layersAPL: Org. Electron. Photonics 5, 228 (2012)Organic light-emitting diodes with direct contact-printed red, green, blue, and white light-emitting layersAppl. Phys. Lett. 101, 153304 (2012)Additional information on Appl. Phys. Lett.Journal Homepage: /Journal Information: /about/about_the_journalTop downloads: /features/most_downloadedInformation for Authors: /authorsDownloaded 11 Oct 2012 to 219.242.96.27. Redistribution subject to AIP license or copyright; see /about/rights_and_permissionsPhosphorescent organic light emitting diode efficiency enhancement using functionalized silver nanoparticlesFeng Liu1and Jean-Michel Nunzi1,2,a)1Department of Chemistry,Queen’s University,90Bader Lane,Kingston,Ontario K7L3N6,Canada2Department of Physics,Queen’s University,90Bader Lane,Kingston Ontario K7L3N6,Canada(Received22June2011;accepted27August2011;published online19September2011)Silica coated silver nanoparticles(NPs)were incorporated into the emissive layer of aphosphorescent organic light emitting diode(PHOLED).As a result,the luminescence efficiencyof the PHOLED was significantly improved under low charge carrier injection level.The silverNPs facilitate the exciton formation event and are responsible for the PHOLED performanceimprovement.In contrast,the incorporation of uncoated bare silver NPs greatly suppressesluminescence of the PHOLED due to metal NPs induced luminescence and exciton quenching.Thesilica shell coated on Ag NPs surface plays a dual role in enhancing the PHOLED luminescenceefficiency:as an optical spacer,it avoids luminescence quenching of the dye caused by Ag NPs;asan insulator,it prevents exciton recombination at the Ag NPs surface.Therefore,a silica shell withthickness13nm or above is essential to enhance the PHOLED performance.V C2011AmericanInstitute of Physics.[doi:10.1063/1.3640892]Phosphorescent organic light emitting diode(PHOLED) is a type of organic light emitting diode(OLED)with high luminescence efficiency in which the electroluminescence (EL)originates from the phosphorescence of an organome-tallic complex.The transition between triplet and singlet states is efficiently allowed owing to the spin-orbit coupling promoted by the metal orbitals.1The recombination of triplet excitons in principle makes the internal quantum efficiency of PHOLED up to four-times larger than that offluorescent OLED.2PHOLED was thus attracting significant research and technological development in the past decade.Diverse methods so far were developed to optimize PHOLED performance:the addition of an electron transport material in the emissive layer greatly balanced the hole/elec-tron ratio and thus improved PHOLED efficiency;3the use of an additional hole blocking layer also improved PHOLED performance;4a metal cathode with lower work function could also favor higher performance.5As an alternative method,the surface plasmon resonance of noble metal nano-particles(NPs)was recently explored for the enhancement of OLED performance.6,7Although the application of surface plasmons to surface enhanced Raman spectroscopy(SERS), non-linear optics and metal enhancedfluorescence(MEF) were well recognized,8–10there is few research dedicated to surface plasmon enhanced electroluminescence.In this work,we report on the optimization of the per-formance of a PHOLED via metal NPs surface plasmon. Silica coated silver NPs were inserted into the emissive layer of PHOLED,silica shell thickness dependent PHOLED lu-minescence efficiency improvement was observed.The role of the silica coating layer is interpreted and the underlying enhancement mechanism is revealed.Silver NPs were obtained by the traditional sodium ci-trate reduction method,11large particles were removed by centrifugation at500rpm.Silver NPs with different silica shell thickness were prepared in the way reported by Liu et al.:1250mL silver NPs aqueous solution was mixed with 200mL ethanol and p H of the solution was adjusted to10by adding6.5ml30wt.%ammonia.1mL tetraethoxysilane (TEOS)ethanol solution(10mM)was subsequently added to the silver NPs solution every30min.In total,X mL (X¼2,5,10,and30)TEOS ethanol solution was added to obtain different silica layer thickness.The Ag-SiO2core-shell NPs and bare silver NPs obtained from50mL initial silver NPs aqueous solution werefinally dispersed into8mL chrolobenzene.PHOLED was fabricated with the structure shown in Fig.1.PEDOT:PSS was spin coated on pre-cleaned ITO glass and baked in a vacuum oven at110 C for30min.The emissive layer consisting of68.4wt.%polyvinylcarbazole (PVK),29.4wt.%(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4–oxadiazole(PBD),and2.2wt.%tris(2-phenylpyri-dine)iridium(Ir(ppy)3)in chlorobenzene was subsequently spin coated on top of the PEDOT:PSS.6nm Bathocuproine (BCP)and30nm8-Hydroxyquinoline Aluminum(Alq3) were subsequently evaporated,followed by200nm alumi-num under10À6mbar vacuum.Bare Ag NPs or silica coated Ag NPs were incorporated into the OLED devices bymixing FIG.1.(Color online)Configuration of PHOLED doped with Ag-SiO2 core-shell NPs.a)Author to whom correspondence should be addressed.Electronic mail:nunzijm@queensu.ca.0003-6951/2011/99(12)/123302/3/$30.00V C2011American Institute of Physics99,123302-1APPLIED PHYSICS LETTERS99,123302(2011)400l L Ag-SiO 2NPs or bare Ag NPs chlorobenzene suspen-sion with 400l L emissive layer solution.The blend was spin coated on top of the PEDOT layer after 10-min ultra-sonication.An Hitachi-7000operated at 75kV was used for trans-mission electron microscopy (TEM),a Keithley (4200-SCS)for recording the current-voltage characteristics,EL intensity was measured using a calibrated silicon photodiode (S2281series,Hamamatsu Photonics).Fig.2reveals the microstructure of silica coated silver NPs from the dark field TEM images of Ag NPs grown in so-lution with different TEOS concentration.We see two differ-ent contrast regions in all TEM images,the bright white one assigned to the Ag NPs core with its heavy atomic weight,and the dim halo assigned to the SiO 2shell.It shows that shell thickness was readily tuned by adjusting the TEOS amount for polycondensation.We obtained tunable silica shell thicknesses of 7nm,13nm,27nm,and 60nm,respec-tively.We recorded the UV-Vis spectra of silica coated Ag NPs,the surface plasmon resonance peak red shifts on cover-ing the Ag NPs with the silica shell,owing to the refractive index change of the surrounding medium,in accordance with surface plasmon theory.13That further confirms forma-tion of the Ag-SiO 2core-shell nanostructure.The current density-voltage characteristics of PHOLEDs incorporating Ag-SiO 2NPs and bare Ag NPs are given in Fig.3.The current density of the PHOLED with bare silver NPs as dopant in the emissive layer is remarkably increased and the turn-on voltage of the device is thus lowered signifi-cantly,which indicates that bare silver NP doping improves the charge transport characteristics of the emissive layer.In the present PHOLED configuration,holes were reported to be trapped by Ir(ppy)3favoring exciton recombination on the phosphorescent dye,14as was reported earlier in dye doped PVK based OLEDs.15A minority electron current is believed to be the limiting step for effective exciton formation and recombination,which is responsible for the high driving voltage in the PVK-Ir(ppy)3PHOLED.5Therefore,an elec-tron transport molecule such as PBD is added into theemissive layer to increase the electron current and device performance.In our case,it is more likely that bare silver NPs increase the electron conductivity in the emissive layer due to the settling of an additional conductive pathway through silver island bridges.In contrast,the current density of PHOLEDs incorporating Ag-SiO 2NPs does not show obvious difference from that of the reference diode.This is ascribed to the insulating nature of the silica shell which does not offer a shortcut for electrons to cross the emissive layer and does not improve the conductivity.Fig.4(a)shows the luminescence efficiency of PHO-LEDs doped with silver NPs of different silica shell thick-ness.The luminescence efficiency of bare silver NP doped PHOLEDs is greatly suppressed compared to the reference diode.According to the J-V characteristic however,bare Ag NPs improve electron conductivity and thus the hole/electron balance,which in principle could have improved the lumi-nescence efficiency.This experimental contradiction wit-nesses the competition with other mechanisms.It was reported that bare silver NPs can cause charge carrier recom-bination at their surface,16which leads to exciton quenching and the inhibition of device performances.Moreover,according to the MEF theory,17bare Ag NPs may also quench Ir(ppy)3luminescence when the phosphorescent dye is in the vicinity of the Ag NPs.In consequence,we see that the quenching effect from bare Ag NPs dominates although bare NPs effectively lowered the PHOLED driving voltage.According to previous work on metal enhanced fluores-cence,an optical spacer is critical to avoid luminescence quenching.18Therefore,as shown in Fig.4(a),the lumines-cence efficiency of PHOLEDs with Ag-SiO 2NPs exhibits re-markable improvement in the low current density region.In the high current density region,the maximum luminescence efficiency of all the PHOLEDs becomes identical,except for the 7nm silica shell one.Since the quantum efficiency of Ir(ppy)3is close to 100%,19the limited effect of Ag-SiO 2NPs on improving the maximum luminescence efficiency of Ir(ppy)3PHOLED is not a surprise.The reduced maximum luminescence efficiency obtained by using Ag-SiO 2NPs with 7nm shell thickness suggests that surfaceplasmonFIG.2.TEM images of Ag-SiO 2core-shell NPs with different shell thick-ness,(a)2mL,(b)5mL,(c)10mL,and (d)30mL TEOS (10mM)are added for shellgrowth.FIG.3.(Color online)J-V characteristics of PHOLEDs doped with Ag-SiO 2NPs of different silica shell thickness.Particle concentration was kept the same.quenched luminescence is still present and a 7nm silica shell is an insufficient spacer to avoid luminescence quenching,in agreement with literature reports.17As the shell thickness is increased to 13nm or above,no suppression on the maxi-mum luminescence efficiency is observed.Meanwhile,exci-ton recombination on the surface of silica coated Ag NPs is also eliminated by the insulating silica coating layer.Luminescence efficiency is enhanced by NPs doping in the low current density region,we attribute it to enhanced exciton formation probability by the metal particles.In the low field regime,holes are trapped by the dye molecules,Error:Reference source not found the electron density is low and so is the recombination probability which is proportional to the product of electron and hole densities in the Langevin theory.However,local electric field at Ag NPs may enhance the cross section for electron-hole capture and in conse-quence,the recombination probability in the Langevin model.Our finding is that Ag-SiO 2NPs with 13nm shell offer maximum enhancement to the PHOLED luminescence efficiency,which corresponds to an optimized tradeoff between charge recombination and exciton quenching.Whereas in the high field regime (the high current density region),the exciton formation probability saturates even in the absence of NPs due to the high electron density in the emissive layer.In that case,NPs cannot improve PHOLED efficiency anymore.Fig.4(b)presents the variation of PHOLED lumines-cence efficiency with brightness.Although PHOLED lumi-nescence efficiency is not enhanced under high brightness >30000cd/m 2,we find that the PHOLED luminescence effi-ciency is improved by a factor of 3at a moderate brightness of 200cd/m 2which is a typical display industry standard brightness,using Ag-SiO 2NPs with 13nm shell.As known to us,the Joule heating inside OLEDs is part of the device degradation factors due to facilitated crystallization of amor-phous organic materials.Therefore,the improvement of PHOLED luminescence efficiency by incorporating Ag-SiO 2NPs will not only cut down power consumption but also reduce unwanted joule heating in the device,prolonging de-vice working lifespan,which is important for practical dis-play applications.As a conclusion,silica coated Ag NPs were synthesized and used into PHOLED successfully.Introducing bare silver NPs into PHOLED reduces device performance due to unwanted exciton recombination at NPs as well as metal induced luminescence quenching.Ag-SiO 2core-shell struc-ture,however,improves the luminescence efficiency of PHOLED.The silica shell serves as a spacer to avoid lumi-nescence quenching and an insulator to shunt charge recom-bination.A 13nm or above shell thickness is needed to avoid luminescence quenching.Silver NPs notably enhance the PHOLED luminescence efficiency under low current injection level by favoring exciton formation;however that is not valid anymore under high current density since exciton formation probability saturates.Research was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council,the Canada Research Chair Program on Chiral Photonics and Queen’s University.1R.C.Evans,P.Douglas,and C.J.Winscom,Coord.Chem.Rev.250,2093(2006).2H.Yersin,Top.Curr.Chem.241,1(2004).3F.C.Chen,Y.Yang,M.E.Thompson,and J.Kido,Appl.Phys.Lett.80,2308(2002).4A.Nakamura,T.Tada,M.Mizukami,and S.Yagyu,Appl.Phys.Lett.84,130(2004).5X.Gong,M.Robinson,J.C.Ostrowski,D.Moses,G.C.Bazan,and A.J.Heeger,Adv.Mater.14,581(2002).6F.Liu,B.S.Rao,and J.M.Nunzi,Org.Electron.12,1279(2011).7A.Fujiki,T.Uemura,N.Zettsu,M.Akai-Kasaya,A.Saito,and Y.Kuwa-hara,Appl.Phys.Lett.96,043307(2010).8D.S.Wang and M.Kerker,Phys.Rev.B 24,1777(1981).9J.M.Nunzi and D.Ricard,Appl.Phys.B 35,209(1984).10S.Mackowski,S.Wormke,A.J.Maier,T.H.P.Brotosudarmo,H.Ho ¨aru-tyunyan,A.Hartschuh,orov,H.Scheer,and C.Bra ¨uchle,Nano.Lett.8,558(2008).11P.C.Lee and D.J.Meisel,Phys.Chem.86,3391(1982).12S.Liu,Z.Zhang,and M.Han,Anal.Chem.77,2595(2005).13W.A.Murray and W.L.Barnes,Adv.Mater.19,3771(2007).14K.Mu ¨llen and U.Scherf,Organic Light-Emitting Devices (Wiley,Wein-heim,2006).15E.Gautier-Thianche,C.Sentein,A.Lorin,C.Denis,P.Raimond,and J.M.Nunzi,J.Appl.Phys.83,4236(1998).16S.Pan and L.J.Rothberg,Proc.SPIE 6641,664109(2007).17kowicz,Y.Shen,S.D’Auria,J.Malicka,J.Fang,Z.Gryczynski,and I.Gryczynski,Anal.Biochem.301,261(2002).18F.Liu,G.Aldea,and J.M.Nunzi,J.Lumin.130,56(2010).19K.Goushi,Y.Kawamura,H.Sasabe,and C.Adachi,Jpn.J.Appl.Phys.43,L937(2004).FIG.4.(Color online)Luminescence efficiency vs.current density (a)and brightness (b)of PHOLEDs doped with Ag-SiO 2NPs of different silica shell thickness.Particle concentration was kept the same.。

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