显微拉曼光谱法对多孔硅热导率的研究

显微共聚焦拉曼光谱

显微共聚焦拉曼光谱
显微共聚焦拉曼光谱（confocal Raman spectroscopy）是一种分析技术，它可用于诊断某一物质的成分，以及检测生物材料表面的化学成分。

它利用共聚焦拉曼散射（CRDS）技术，将激光束集中到采样表面上。

此技术不仅可用于研究三维物体的化学结构，而且可以用于构建显微共聚焦图像，并研究表面的化学成分分布。

显微共聚焦拉曼光谱通常由四个主要组成部分组成，分别是激光源、光学系统、数据收集系统和分析系统。

激光源将激光束集中到指定的采样表面上，而光学系统可以调节激光束的尺寸和强度，从而获得良好的数据质量。

数据收集系统通过一个光电探测器来获取扫描区域的拉曼信号，而分析系统则通过计算机程序对这些信号进行分析。

显微共聚焦拉曼光谱技术使科学家可以以更快的速度来进行复杂物质的密度动力学研究，并获得更清晰的结构信息。

它是实现多尺度研究的重要工具，将大尺度的性质（包括多维表面分布）与小尺度的性能（包括原子结构）结合起来。

显微共聚焦拉曼光谱可以迅速地获取表面化学结构和缺陷的扫描，因此可以有效地消灭大量的假设并准确的引导实验研究。

多孔硅的电化学制备与研究

谱仪对不同孔隙率和厚度的多孔硅样品进行了导热率
测定。
３结果与讨论
３１多孔硅孔隙率的研究．３１１腐蚀时间对孔隙率的影响．．孔隙率是指多孔硅中孔隙体积占被腐蚀区域总体
积的百分数。根据这个定义，隙率应该表示为：孔
Ｃｎａ妇１９ａｈｍ［于９０年首次报道了多孔硅在室温下可以
采用德国产的ＤＫＴＡＫ３３Ｅ００型表面轮廓仪测试
了多孔硅的厚度；用Ｎａｏｃｐ使ｎＳｏｅ＠Ｉａ型原子力显ｌｉ
微镜（Ｍ）ＡＦ对多孔硅表面形貌进行了观察和分析；采
成，现一种海绵状结构，种多孔硅可由低掺杂的ｎ呈这型和Ｐ型硅在一定光照条件下获得。］
・
体积。作为同一种材料的硅，的密度是一个定值，硅所
以体积比可以转化成质量比。设。腐蚀前硅片的为
多孔硅具有高电阻率、低的热导率（内部表面积可达、纳Ｌ
（）２
７１一ｎ
２实验
２１多孔硅的电化学制备．
图１为不同腐蚀电流条件下多孔硅孔隙率和腐蚀
本实验采用的硅片参数为Ｐ１０单晶硅片，＋（０）其厚度为３０－２ｇ电阻率为（～２ ×１ｎ・ｃ８￣４０ｍ，，１）０ｍ。实验前对硅片进行预处理；先将硅片放人配制好的首

多孔硅纵向孔隙率与残余应力分布的研究

应力减小为零，近硅一侧，靠转变为压应力；残余应力的最大值出现在临近多孔硅表面以下的区域。这主要与多孔
硅制备过程中孔内ＨＦ酸浓度的降低和硅／解液表面的电偶层有关。电关键词：孔硅；余应力；拉曼光谱；电子机械系统多残微微
ＡｂｔａｔＴｈｏｏｓｓｌｏｒｒｐｒｄｏｉｈｙｄｐｄｐｔｐｉｃｎ（０）ｗａｅｓｎｌｃｒｃｅｃｌｓｒｃ：ｅｐｒｕｉｃｎｗｅｅｐｅａｅｎｈｇｌｏｅ－ｙｅｓｌｏ１ｉｉ０ｆｒｕｉｇｅｅｔｏｈｍｉａｅｃｉｇｔｈｎ．ＴｈｏｏｉｙｉｄｔｒｎｄｇａｉｔｉａｌｙｗｅｇｔｏｓａｔｒａｏｉａｉｎａｄｓｒｐｉｇｉｉｔｅｐｒｓｔｓｅｅｍｉｅｒｖｍｅｒｃｌｙｂｉｈｓｆｎｄｚｔｎｔｉｐｎｄｌｅＫＯＨＯｌｅｏｎｕＳ— ｌｔｎ，ａｄｔｅｒｌｔｎｏｏｏｉｙａｄｅｃｉｇｄｐｈｗａｔｄｅｕｉｓｎｈｅａｉｆｐｒｓｔｎｔｈｎｅｔｓｓｕｉｄ，ｒｓｄａｓｒｓｓｍｅｓｒｄｂｉｒ — ｍａｏｏｅｉｕｌｔｅｓｗａａｕｅｙＭｃｏＲａｎｓｅｔｏｃｐｌｎｒｓ — ｅｔｎｐｃｒｓｏｙａｏｇｃｏｓｓｃｉ．Ｔｈｅｕｔｈｗｈｔｔｅｐｒｓｔｆｐｒｕｉｃｎｉｃｅｓｓｆｓｌｎｈｎｄ — ｏｅｒｓｌｓｓｏｔａｈｏｏｉｙｏｏｏｓｓｌｏｎｒａｅｉｔｙａｄｔｅｅｉｒ

激光显微共聚焦拉曼光谱

激光显微共聚焦拉曼光谱激光显微共聚焦拉曼光谱技术（Confocal Raman Microspectroscopy，CRS）是一种非侵入性、无需标记的成像技术，可以利用激光来获取材料的化学信息和结构信息。

本文将从技术原理、仪器构造和应用领域等方面详细介绍激光显微共聚焦拉曼光谱技术。

第一部分：技术原理激光显微共聚焦拉曼光谱技术结合了显微成像和拉曼光谱技术。

首先，使用激光来照射样品，激发样品中分子的振动模式产生拉曼散射光。

然后，收集和分析样品中散射光的拉曼光谱。

拉曼光谱是一种通过测量由样品散射的光的频移来获得材料的化学信息的技术。

在拉曼光谱中，散射光的频移与样品分子的振动模式有关，可以提供关于分子结构、化学键和晶体结构等信息。

共聚焦成像技术用于克服拉曼光谱技术的分辨率限制。

传统的显微镜成像受到衍射极限的限制，分辨率无法超过几百纳米。

共聚焦显微镜利用光斑的缩小和光学孔径的有效利用来提高分辨率。

通过选取适当的光斑和孔径，可以将成像分辨率提高到亚微米乃至纳米级别。

第二部分：仪器构造激光显微共聚焦拉曼光谱仪主要由激光器、激光束分离器、物镜、共聚焦成像系统和光谱仪等组成。

激光器是仪器的电源，产生可以用于激发样品的激光束。

激光束分离器用于将激光束分成两部分，一部分用于激发样品，另一部分用于共聚焦显微成像。

物镜是共聚焦成像系统的核心部分，通过聚焦样品上的激光光斑来获取高分辨率的成像。

共聚焦显微成像系统通过探测光斑的反射光或透射光来构建样品的显微图像。

光谱仪用于分析样品中散射光的拉曼光谱。

第三部分：应用领域激光显微共聚焦拉曼光谱技术在材料科学、生物医药、环境监测等领域都有广泛的应用。

以下列举几个典型的应用案例。

1. 材料科学：激光显微共聚焦拉曼光谱能够提供材料的化学成分和结构信息，可以用于材料的鉴定和表征，如纳米材料、涂层薄膜、纤维材料等。

2. 生物医药：激光显微共聚焦拉曼光谱技术可以用于细胞和组织的非侵入性成像，提供关于细胞结构、代谢过程和疾病诊断的信息，如肿瘤的早期诊断和药物递送系统的评价等。

多孔硅层孔隙率对其热绝缘性能的影响

ｔｙ．ｔｅａｓｌｔｎｌｙｒｈｒｌｉｏ制备并报道了多孔硅（ｏｏｓｓｉｎ９６ｌｃｒＰｒｕｉｃ，ｌｏ
的热导系数值大很多，以整个多孔硅的热传导主要集中在硅所微晶部分。多孔硅的热导系数值可以表示为：
备多孔硅。采用微拉曼光谱法对多孔硅的热导系数进行了测量，结果表明，多孔硅的热导系数随其孔隙率的增大而
明显下降，实验中热导系数最低可达到０６４（・，而通过降低热导系数使多孔硅的绝热性能得到了增强。．２Ｗ／ｍＫ）从
关键词多孔硅孔隙率电化学腐蚀显微拉曼光谱热导系数绝热层
中图分类号：ＴＮ３４００．５
文献标识码：Ａ
ＩｌｅｃｆＰｏｏｉｙｏｅｍａｎｓｌｔｏｏｒｉｓｏｒｕｉｉｏｎｆｕｎｅｏｒｓｔｎＴｈｒｌＩｕａｉｎＰｒｐｅｔｅｆＰｏｏｓＳｌｃｎ
ｒｐｄｙｗｔｈｃｅｓｇｐｒｓｙａｄｔｅｌｗｅｔＣｖｌｅａｅｃ．２Ｗ／ｍ・Ｋ）Ｓｈｈｒａｓｌｔｎｏａｉｌｉｔｅｉｒａｉｏｏｉ，ｎｈｎｎｔｈｏｓＴａｕｎｒａｈ０６４（ｃ，Ｏｔｅｔｅｌｎｕａｉｆｍｉｏ
ＬＩＤｏｇａ，ＨＵｉｇ，ＺＨＡＮＧｅ，ＣＵＩＭｅｇｎｈｉＭｎＷｉｎ
（ｃｏｌｆｌｔｎｃｎｎｏｍａｉｎＥｇｎｅｉ，ａｊｉｒｉ，ｉｊ００２ＳｈｏｏｅｒｉａｄＩｆｒｔｎｉｒｇＴｉｉＵｎｖｓｙＴａｉ３０７）Ｅｃｏｓｏｅｎｎｎｅｔｎｎ

硅导热系数

硅导热系数
导温系数一般是指热扩散系数，是物体中某一点的温度的扰动传递到另一点的速率的
量度。

以物体受热升温的情况为例来分析，在物体受热升温的非稳态导热过程中，进入物
体的热量沿途不断地被吸收而使局部温度升高，在此过程持续到物体内部各点温度全部相
同为止。

量方法
研究与应用领域
热扩散系数、热导率是各类材料的重要物理参数，各种物质的热导率数值主要靠实验
测定。

热线法一般用于测量材料的热导率。

文献扩展了热线法测量的应用范围，实现了同
时测量干燥松木板材料热扩散系数和热导率，在实际的科学研究和生产实践中,可以期望
获得更广泛的运用。

文献采用微珠状热敏电阻作为点热源和测温元件,在一维点源脉冲传
热模型的基础上建立一种同时测量生物流体热扩散系数、导热系数和热容的瞬态方法。

文
献提出以一次测量为基础，全自动、完全非接触地测定热容、热扩散系数和热导率的方法，该方法适合用于测量热导率很小的材料的热性质，例如橡胶混合物。

涂层国际标准
《热喷涂陶瓷涂层热导率测量方法——闪光法》国际标准（iso）是国际标准化组织
首次发布由中国负责制定的涂层领域的国际标准，标志着我国涂层领域的国际标准化工作
取得零突破。

该国际标准由中科院上海硅酸盐研究所曾毅、郑学斌和宋力昕三位研究员于
年10月向国际标准化组织isotc技术委员会提交草案。

历时三年多，最后以该技术委员
会全体成员国一致同意的%高得票率获得通过。

同原有方法相比，该标准规范了热喷涂陶
瓷涂层的热扩散系数测试方法和过程，并对涂层热扩散系数修正因子的计算过程进行了详细、全面的描述。

拉曼测温技术解析

Raman 光谱测温Raman信号与物质极化率有关，温度改变引起极化率的变化从而改变Raman 信号，可以根据Raman信号的变化进行温度的检测以及传热的分析。

Raman测温的方法主要包括：Raman强度测温，Raman频率测温和Raman半高宽测温。

当前对于材料的Raman测温研究主要是硅、碳纳米管、石墨烯、金刚石等。

[1]1 Raman强度测温原理：能级上的粒子数在平衡时遵从Boltzmann分布，在平衡态下N个全同粒子分布在其单粒子任一可及能级εi(i=1，2，3，…，为单粒子能级的标号)上最可几粒子数n i由下式确定：n i=Nqωi exp⁡(−εi/kT)式中：ωi为能级εi的简并度；k为Boltzmann常数；T为热力学温度；q为单粒子配分函数。

Strokes散射和Anti-Strokes散射分别对应于低能级到高能级的跃迁或高能级到低能级的跃迁。

Raman散射的Strokes线的光强I S和Anti-strokes光强I AS分别为：I S∝1/[1−exp⁡(−ℏωk/k B T)]I S∝1/[exp+ℏωk/k B T−1]式中：k B是Boltzmann常数，T是绝对温度，ℏ是约化Planck常量。

两者的强度比为：I k,S/I k,AS∝exp⁡(ℏωk/k B T)可以通过测量Strokes峰和Anti-Strokes峰的比值来计算材料的温度。

[2]国内：黄福敏[3]研究了碳纳米管拉曼光谱的温度效应。

根据碳纳米管性质的不同，选取D模，G模，E2g模，D*模信号中的几种，通过测量Strokes峰和Anti-Strokes峰的比值计算温度后平均化。

实验结果显示各模分辨计算的温度之间误差小于50K，同时观察到拉曼位移随温度存在线性变化的现象。

俞帆[4~6]等对Sr(NO3)2，CCl4，单晶硅等材料的温度进行了测量。

测温基于公式：T=h v ik B ∙ln[I SI AS∙v+v iv−v i4]式中：v,v i分别是激励激光频率和拉曼散射频移。

拉曼光谱表征无定形硅和微晶硅

摘要沉积在玻璃或碳化硅上的硅广泛用于生产光伏电池，无定形和微晶硅的比例与分布对于电池性能很关键，因此这两种成分的检测非常重要。

拉曼光谱是非常适合这种应用的技术，因为这两种形式的硅会产生极易分辨的不同拉曼光谱，并可采用比尔定律方法进行定量分析，同时可里采用拉曼成像技术给出晶体硅与无定形硅空间分布的详细信息。

经证实，过高的激发激光功率会将无定形硅转化为晶体硅，因此必须严格限制激光照射到样品功率大小。

特别是某个分析方法必须在多个生产工厂内与多个仪器上重复使用时，配备激光功率调节器的Thermo Scientiﬁc DXR 显微拉曼光谱仪是此类应用的最佳选择。

介绍使用广泛的光伏电池技术将硅沉积在玻璃或碳化硅上，尽管早期的面板由晶体硅或无定形硅制造，而两种材料的结合可以扬长避短。

最佳性能取决于所制造电池中两种形式硅能否达到预定比例和分布，因此监测这两种硅可确保所制造太阳能电池成本低，效率高并且寿命长。

拉曼光谱尤其适合此应用，硅-硅键为对称结构，可产生强拉曼散射。

晶体硅具有高度一致的键角和键长，排列有序，可形成拉曼锐峰，其特征强散射带位于521cm -1；无定形硅结构相对无序，键角，键能，键长以及摇摆键范围大，可能的态分布会导致很宽的480cm -1拉曼峰，与晶体硅区别明显。

拉曼光谱可用于定量分析薄层沉积内的无定形和晶体硅的相对含量。

通过沉积硅区域成像，可监测两种形态硅空间分布的均匀性。

本应用文献显示了典型结果，并讨论了利用拉曼光谱测量无定形硅与晶体硅的优点以及如何解决潜在的困难。

实验采用DXR 显微拉曼光谱仪采集所有光谱，该光谱仪配备532nm 激发激光，全范围光栅和马达驱动平台，并以Thermo Scientiﬁc OMNIC 8软件包驱动,OMNIC™ Atlµs™成像软件用于采集和分析成像数据。

结果晶体硅VS 无定形硅图1显示了样品的典型硅光谱，包括从纯晶体硅到包含无定形硅的一系列样品。

晶体硅样品位于521cm -1的强散射带与无定形硅以480cm -1为中心的宽带区别拉曼光谱表征无定形硅和微晶硅Tim Deschaines, Joe Hodkiewicz, Pat Henson, Thermo Fisher Scientiﬁc, Madison, WI, USA明显，由于光谱的显著差异，基于521cm -1和480cm -1处峰高度比，通过简单的比尔定律计算可估计两种形式硅的相对含量。

显微拉曼光谱

显微拉曼光谱显微拉曼光谱是一种非常有用的光学分析技术，它可以用于研究物质的结构和组成。

显微拉曼光谱技术基于拉曼散射现象，它利用激光轰击样品时样品散射的光，通过观察散射光的偏振特性，以及光的频率和强度信息，可以得出样品的分子结构和化学成分信息。

本文将介绍显微拉曼光谱的原理、应用和优势。

一、原理拉曼散射现象是指当激光照射到样品上时，样品分子会吸收部分光子，产生一些分子的振动和转动等运动，并将所吸收的光子以散射光子的方式释放出来。

这些散射光子的波长、强度和偏振状态都可以提供样品的物理和化学信息。

拉曼光谱仪是一种可以进行拉曼散射分析的仪器，通过分析所散射的光子，可以获得有关样品分子结构和化学成分等信息。

现代显微拉曼光谱技术与常规拉曼光谱不同，它结合激光显微镜和显微成像技术，能够对微小样品进行局部分析。

二、应用显微拉曼光谱技术可以广泛应用于材料科学、化学、生物医学等众多领域。

例如：1. 材料研究：显微拉曼光谱技术可以用来研究各种材料的结构和性质。

可以对材料的化学性质、成分、杂质和晶体结构等进行分析。

2. 生物医学研究：显微拉曼光谱技术可以用于生物医学领域中关于细胞和组织的研究。

可以通过对细胞和组织的化学成分进行分析，来揭示与生物发育、疾病和治疗等方面有关的信息。

3. 食品安全：显微拉曼光谱技术可以用来检测食品中的化学成分和污染物。

可以用来检测食品中的营养成分、添加剂、农药和污染物等。

4. 环境污染：显微拉曼光谱技术可以用来监测环境中污染物的分布和组成。

例如，可以用来检测地下水中的污染物、空气中的有毒气体等。

三、优势相比于其他材料表征技术，显微拉曼光谱具有很多优势：1. 无需化学处理：显微拉曼光谱不需要样品的化学处理，能够避免因处理方法对样品造成的损伤和外界干扰。

2. 非接触性：显微拉曼光谱是一种非接触性的分析方法，能够在不影响样品的情况下进行分析。

3. 高分辨率：显微拉曼光谱能够对微小样品进行局部分析，并且分辨率很高，能够有效地分析具有微观尺寸结构的样品。

用于MEMS热敏传感器中绝热层的多孔硅性能研究

维普资讯
用于ＭＥＭＳ热敏传感器中绝热层的多孔硅性能研究
９
用于ＭＥＭＳ热敏传感器中绝热层的多孔硅性能研究
ＳｔｄｎＰｅｆｒａｃｆＰｏｏｓＳｉｉｏｓｄｉｕｙｏｒｏｍｎｅｏｒｕｌｃｎＵｅｎＴｈｅｍａｒｌ
ｍｅｈａｉａｒｐｅｔｃｎｃｌｐｏｒｙ
ＭＥＭＳ微热敏传感器的工作机理要求热敏感单元和基底之间具有优良的热绝缘性，以提高传感器的灵敏度，降低响应时间。通常在ＭＥＭＳ微热敏传感器
力学性能，它们均与多孑硅微观结构有关。Ｌ
ｄｎｅｅｔｒＸＰ．ｔｅａｅａｅｖｌｅｏａｄｅｓ８Ｙｏｎ ’ ｄｌｓｏｏｏｓｓｌｏｒａｕｅ．ＴｈｈｖｒｇａｕｆｈｒｎｓＬｕｇＳｍｏｕｕｆｐｒｕｉｃｎｗｅｅｍｅｓｒｄｉｅ
ｓｄｕｌｓｒｓｆｐｒｕｉｉｏｒｃｌｄｂｉｒ — ｍａｉａｔｅｓｏｏｏｓｓｌｃｎｗｅｅｓａｅｙＭｃｏＲａｎＳｐｅｔｏｃｐｙ（ＲＳ）ＵｓｎｇＭＴＳｎｎｎ— ｃｒｓｏＭ．ｉａｏｉ
ｂｙｃｎｔｏｌｃｎｔｏ，ａｔｃｎｂｅｎｔｒａｓｌｔｏａｅｉｒｈｅｍａｅｓ．ｏｒｏｄｉｉｎｓｎｄｉａｅｕｓｄｉｈｅｍｌｉｏａｉｎｌｙｒｏｆｍｃｏｔｒｌｓｎｏｒＫｅｒｓｍｉｒｈｅｍａｅｓｒｔｒａｓａｉｎｌｙｒｐｏｉｉｏｙｗｏｄ：ｃｏｔｒｌｓｎｏ；ｈｅｍｌｉｏｌｔｏａｅ；ｏｒｕｓｓｌｎ；ｔｒａｓｌｔｏｎｐｏｐｒｙ；ｃｈｅｍｌｉｏａｉｒｅｔ