硝基苯拉曼光谱温度响应特性的研究

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含能材料分子可以在机械冲击的作用下发生反应,在冲击压缩的过程中,体系的压力温度状态会发生快速的变化,如何对体系的温度进行有效的实时监测是含能材料冲击反应动力学研究中的技术难点,因此对含能材料的温度响应特性的基础研究具有十分重要的意义。含能材料的能量转换过程是超快的可达到皮秒到飞秒量级,所以之前的研究方法主要是基于理论上的分析,实验上直接观察含能材料的动力学行为很少见。  本文利用拉曼光谱技术对典型含能材料硝基苯的拉曼光谱的温度响应特性进行了研究。首先,分析了非相干和相干拉曼散射技术的理论,其次,分别利用连续激光器,脉冲激光器进行了硝基苯的自发拉曼散射实验及其变温试验,最后利用相干拉曼技术进行了硝基苯的受激拉曼和相干反斯托克斯拉曼散射实验及其变温实验。  在连续光激发下,观测到了硝基苯的多个拉曼模式,说明了用含能材料硝基苯作为拉曼散射实验样品是可行的。在纳秒激光激发下,观察到反斯托克斯拉曼散射的强度要远远小于斯托克斯端拉曼散射的强度。在该实验基础上进行了变温实验,实验结果显示随着温度的增加,反斯托克斯强度逐渐增加,斯托克斯强度逐渐减小。利用斯托克斯与反斯托克斯强度比值能够较准确地测量出样品的温度,该实验验证了非接触式方法测量样品的温度的可行性。在皮秒入射脉冲的激发的散射实验中,得出在几个皮秒的光脉冲做探测光时很难观察到散射信号的结论。飞秒相干拉曼实验中,同时观察到了硝基苯的受激拉曼增益谱和相干反斯托克斯拉曼光谱,在该实验基础上进行了变温实验,实验结果显示随着温度的增加,受激拉曼增益强度逐渐减小,相干反斯托克斯拉曼散射强度逐渐减小。该实验方法对监测高温条件下含能材料振动结构瞬间变化的应用将是十分有利的,可以应用到对瞬间变化的样品进行分子结构分析,证明了飞秒拉曼测温技术实验上直接监测含能材料作为燃料以及爆炸物的加热超快分解过程的可能性。  本文验证了实验上直接观察硝基苯温度响应特性的可行性,为其它含能材料的温度响应特性的研究提供了理论参考。
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