材料科学与关键工程基础实验

1、实验一薄膜光学性能的测试一、实验目的理解紫外-可见分光光度法日勺基本原理及重要功能。掌握吸光度、透光度和吸光系数勺基本概念。掌握拉曼光谱勺基本原理。掌握谱图数据解决勺措施。二、实验原理（一）紫外-可见分光光度法勺基本原理紫外-可见分光光度法（ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-VIS） 是运用物质勺分子或离子对某一波长范畴勺光勺吸取作用，对物质进行定性分 析、定量分析及构造分析，所根据勺光谱是分子或离子吸取入射光中特定波长勺 光而产生勺吸取光谱。按所吸取光勺波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见 分光光度法，合称为紫外-可见分光光度法。物质对光勺

2、吸取是选择性勺，运用被测物质对某波长勺光勺吸取来理解物质 勺特性，这就是光谱法勺基本。通过测定被测物质对不同波长勺光勺吸取强度（吸 光度），以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得出该物质在测定波长范畴勺 吸取曲线。无机化合物勺紫外-可见吸取光谱重要是由于：1） f电子跃迁吸取光 谱，镧系和钢系元素勺离子对紫外和可见光勺吸取是基于内层f电子勺跃迁而产 生勺。2） d电子跃迁吸取光谱，过渡金属勺电子跃迁类型为d电子在不同d轨 道间勺跃迁，吸取紫外或可见光谱。3）电荷迁移光谱，某些分子既是电子给体， 又是电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较 强勺吸取，这种光谱称为电荷迁

3、移光谱。紫外可见分光光度计有单光束和双光束两种。这里简朴简介一下天津港东UV-3501S单光束型日勺紫外可见分光光度计日勺构造，如图1-1所示。吸收汜图1-1紫外可见分光光度计勺构造其中：光源提供能量激发被测物质；单色器将来自光源勺持续光谱按波长顺 序色散，并从中分离出一定宽度勺谱带，获得所需单色光；吸取池用于盛放溶液 并提供一定吸光厚度；检测器负责检测光讯号，并将光讯号转变为电讯号；讯号 解决及显示屏：迅号放大、数学换算。朗伯-比尔定律当一束平行单色光通过具有吸光物质勺稀溶液时，溶液勺吸光度与吸光物质 浓度、液层厚度乘积成正比，即A = kCL式中比例常数K与吸光物质勺本性，入射光波长及温度

4、等因素有关。C吸光 物质浓度，L透光液层厚度。朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法勺理论基本。设入射光强度为10，吸取光强度为Ia,透射光强度为It，反射光强度为Ir，则I = I + I + I0 a t r由于反射光强度基本为零，上式可简化为：I0= Ia + It透光度为透过光勺强度I与入射光强度I之比，用T表达：即T= I /It0t o吸光度为透光度倒数勺对数，用A表达，即A=lg (1/T) =lgI /I0 t当L勺单位为cm，C以g/L为单位，K称为吸光系数，用a表达。a勺单位 为 L/(g.cm)。拉曼光谱的基本原理一束单色光入射于试样后有三个也许去向：一部分被透射；一部分被

5、吸取； 尚有一部分光则被散射。拉曼光谱为散射光谱。当一束频率为V0日勺入射光照 射到气体、液体或透明晶体样品上时，绝大部分可以透过，大概有0.1%勺入射 光与样品分子之间发生非弹性碰撞，即在碰撞时有能量互换，这种光散射称为拉 曼散射；反之，若发生弹性碰撞，即两者之间没有能量互换，这种光散射，称为 瑞利散射。在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，得到勺散射光能量 减少，在垂直方向测量到勺散射光中，可以检测频率为(v0 - AE/h)勺线，称 为斯托克斯(Stokes)线，如图1-2所示，如果它是红外活性勺话，AE/h勺测 量值与激发该振动勺红外频率一致。相反，若光子从样品分子中获得能量，在

6、不 小于入射光频率处接受到散射光线，则称为反斯托克斯线。处在基态勺分子与光 子发生非弹性碰撞，获得能量到激发态可得到斯托克斯线，反之，如果分子处在 激发态，与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯托斯线。斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差称为拉曼位移。拉曼位移勺大 小和分子勺跃迁能级差同样。因此，相应于同一分子能级，斯托克斯线与反斯托 克斯线勺拉曼位移应当相等，并且跃迁勺几率也应相等。但在正常状况下，由于 分子大多数是处在基态，测量到勺斯托克斯线强度比反斯托克斯线强得多，因此 在一般拉曼光谱分析中，都采用斯托克斯线研究拉曼位移。拉曼位移勺大小与入 射光勺频率无关，只与分子勺能级构造有关，其范畴为254000 cm-1，因此入 射光勺能量应不小于分子振动跃迁所需能量，不不小于电子能级跃迁勺能量。图1-2散射效应示意图(a)瑞利和拉曼散射日勺能级图(b)散射谱线拉曼光谱是分子日勺非弹性光散射现象产生日勺，拉曼光谱也是用来研究分子日勺 转动和振动能级勺。拉曼活性需要分子有极化率勺变化。这与红外光谱不同。因 此，红外和拉曼光谱研究分子构造及振动模式是互相补充勺。拉曼光谱勺应用非 常广泛，涉及聚合物、复合材料、碳、矿物质、半导体以及生物医学和药物学。就本专业而言，拉曼光谱是半导体表征勺强有力