氧化铝涂层残余应力拉曼光谱测量技术及其应用

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热障涂层应力场的微拉曼光谱技术测试研究

热障涂层应力场的微拉曼光谱技术测试研究
邱明;毛卫国;戴翠英;周益春
【期刊名称】《交通科学与工程》
【年(卷),期】2006(022)002
【摘要】采用等离子体喷涂工艺制备了热障涂层实验样品,在不同高温下进行热循环氧化实验.再应用微拉曼光谱法测量了热障涂层样品内残余应力场大小,并分析了试样尺寸、热处理温度和陶瓷涂层厚度对残余应力的影响.经历20次热循环氧化实验后,测得陶瓷涂层内残余应力由初始压缩应力值(-30～-20 MPa)逐渐变化到(-15～15 MPa),与文献[3～7]结果比较一致.最后,用扫描电镜观察了试样截面形貌的变化.
【总页数】5页(P76-80)
【作者】邱明;毛卫国;戴翠英;周益春
【作者单位】长沙理工大学,物理与电子科学系,湖南,长沙,410076;湘潭大学,材料与光电物理学院,湖南,湘潭,411105;湘潭大学,材料与光电物理学院,湖南,湘潭,411105;湘潭大学,材料与光电物理学院,湖南,湘潭,411105
【正文语种】中文
【中图分类】O343
【相关文献】
1.热循环条件下圆柱结构热障涂层系统应力场有限元分析 [J], 王千文;蒋俊平;毛卫国
2.热循环条件下圆柱结构热障涂层系统应力场有限元分析 [J], 王千文;蒋俊平;毛卫国
3.在制备过程中热障涂层系统应力场有限元分析 [J], 杨雪松;周孟;张瑜;毛卫国
4.热循环条件下圆柱结构热障涂层系统应力场演变分析 [J], 苏鹏;蒋俊平;毛卫国
5.在制备热障涂层过程中系统内残余应力场预测 [J], 毛卫国;戴翠英;周益春
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拉曼光谱技术的应用及研究进展

拉曼光谱技术的应用及研究进展一、本文概述拉曼光谱技术，作为一种强大的分子振动光谱技术，自其诞生以来，在化学、物理、生物、材料科学等领域中发挥了重要的作用。

这种技术基于拉曼散射效应，即当光在物质中传播时，会与物质分子发生相互作用，使得光线的方向和频率发生改变。

通过分析这些散射光的频率和强度，我们可以得到关于物质分子振动和转动状态的信息，从而进一步了解物质的组成、结构和性质。

本文将对拉曼光谱技术的应用及其研究进展进行全面的探讨。

我们将概述拉曼光谱技术的基本原理和发展历程，以便读者对其有一个清晰的认识。

然后，我们将详细介绍拉曼光谱技术在不同领域中的应用，包括但不限于化学分析、生物医学、环境监测、材料科学等。

接下来，我们将对近年来拉曼光谱技术的研究进展进行梳理，重点关注其在新材料、新技术和新方法方面的发展。

我们将对拉曼光谱技术的未来发展趋势进行展望，以期能为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。

二、拉曼光谱技术的基本原理拉曼光谱技术是一种基于拉曼散射效应的光谱分析技术。

拉曼散射是光与物质相互作用的一种形式，当光波通过介质时，部分光波的能量会被介质分子吸收并重新辐射，产生散射光。

其中，大部分散射光的频率与入射光相同，这种散射称为瑞利散射；而一小部分散射光的频率则会发生改变，这种散射称为拉曼散射。

拉曼散射光的频率变化与介质分子的振动和转动能级有关，因此，通过分析拉曼散射光谱，可以获得介质分子内部的结构信息。

拉曼光谱技术的基本原理主要包括两个方面：一是拉曼散射的物理过程，二是光谱数据的获取和分析。

在物理过程中，当入射光与介质分子发生相互作用时，介质分子会吸收部分光能并将其转化为分子内部的振动或转动能量，然后重新辐射出散射光。

由于散射过程中能量的交换，散射光的频率会发生变化，这种变化与介质分子的振动和转动能级直接相关。

因此，通过测量散射光的频率变化，可以推断出介质分子的振动和转动状态，从而得到分子的结构信息。

在光谱数据的获取和分析方面，拉曼光谱技术通常使用激光作为入射光源，通过单色仪或干涉仪将散射光按波长或频率分离，然后用光电倍增管或电荷耦合器件等光电探测器检测散射光的强度。

微拉曼光谱技术及其在微结构残余应力检测中的应用_邱宇

微拉曼光谱技术及其在微结构残余应力检测中的应用MICRO-RAMAN SPECTROSCOPY AND ITS APPLICATIONS TO MEASURE RESIDUAL STRESS IN MICR O-STRUCTURE邱　宇1　雷振坤1 亢一澜1 胡　明2 徐　晗1 牛红攀1(1.天津大学机械学院力学系,天津300072)(2.天津大学电信学院电子科学与技术系,天津300072)QIU Yu1　LEI ZhenKun1　KANG YiLan1　HU Min g2　XU Han1　NIU HongPan1(1.De partment of Me chanics,School of Me chanical Engine ering,Tianjin University,Tianjin300072,China)(2.Department of Electronic Scienc e and Technology,Sc hool of Electronic InformationEnginee ring,Tianjin Unive rsity,Tianjin300072,China)摘要　多孔硅薄膜硅基底结构是微机电系统(micro-electro-mechanical system,ME MS)中的一个基本组元,其厚度为微米量级。

由于薄膜与基底材料之间存在着晶格错配,在薄膜基底间的界面上会出现残余应力,严重时会导致裂纹出现而发生断裂。

微拉曼光谱法(micro-Raman spectroscopy,MRS)是近些年来在化学、物理、材料和力学等学科领域迅速发展的光学测量方法。

文中对这一方法进行介绍,并且用来测量化学腐蚀多孔硅薄膜结构的残余应力,发现随着孔隙率的增加,多孔硅表面的拉伸应力逐渐增大。

特别对某一样品出现裂纹区的拉曼测量表明,在裂纹区的残余应力急剧上升,达到了0.92GPa。

使用金相显微镜观察不同孔隙率的多孔硅薄膜表面的微观形貌,这种不同程度的微观孔穴结构与残余应力的分布存在着紧密的联系。

拉曼光谱及其在现代技术中的应用

拉曼光谱及其在现代技术中的应用本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March拉曼光谱及其在现代技术中的应用1 拉曼光谱发展历史印度物理学家拉曼于1928年用水银灯照射苯液体,发现了新的辐射谱线:在入射光频率ω0的两边出现呈对称分布的,频率为ω0-ω和ω0+ω的明锐边带,这是属于一种新的分子辐射,称为拉曼散射,其中ω是介质的元激发频率。

与此同时,前苏联兰茨堡格和曼德尔斯塔报导在石英晶体中发现了类似的现象,即由光学声子引起的拉曼散射称之谓并合散射。

到40年代中期,红外技术的进步和商品化使拉曼光谱的应用一度衰落。

1960年以后,红宝石激光器单色性好,方向性强,功率密度高,用它作为激发光源,大大提高了激发效率，成为拉曼光谱的理想光源。

70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注入活力。

80年代以后,拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪由于采用了凹陷滤波器(notch filter)来过滤掉激发光,使杂散光得到抑制,就只需要采用单一单色器,使光源的效率大大提高,这样入射光的功率可以很低,灵敏度得到很大的提高，这使拉曼光谱的应用范围更加广阔。

2 拉曼光谱的原理当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时,大部分光子仅发生散射改变方向,其频率仍与激发光源一致,这种散射称为瑞利散射。

但也存在很微量的光子不仅改变了光的传播方向,而且也改变了光波的频率,这种散射称为拉曼散射。

拉曼散射的产生原因是光子与分子之间发生了能量交换改变了光子的能量。

2.1 拉曼散射拉曼散射的产生可以从光子和样品分子作用时光子发生能级跃迁来解释。

样品分子处于电子能级和振动能级的基态，入射光子的能量远大于振动能级跃迁所需要的能量，但又不足以将分子激发到电子能级激发态。

样品分子在吸收了光子后，被激发到较高的不稳定的能态（虚态）。

当样品分子激发到虚态后又回到低能级的振动激发态，此时激发光能量大于散射光能量，散射光频率小于入射光。

拉曼光谱原理及应用

拉曼光谱原理及应用一、拉曼光谱原理拉曼光谱其实是一种很神奇的东西呢。

简单来说呀，当光照射到分子上的时候，会发生散射现象。

大多数的散射光和入射光的频率是一样的，这叫瑞利散射。

但是有一小部分的散射光，它的频率会发生变化，这个就是拉曼散射啦。

这是因为分子在光的作用下发生了振动，导致能量有了变化，从而让散射光的频率变了呢。

分子的不同振动模式就对应着不同的拉曼频率位移，就像每个分子都有自己独特的“指纹”一样。

二、拉曼光谱的应用1. 在化学领域的应用在有机化学里呀，拉曼光谱可以用来确定分子的结构。

比如说有一个新合成的有机化合物，科学家们就可以用拉曼光谱来看看它的化学键啊，官能团之类的。

因为不同的官能团会有不同的拉曼峰位，就像不同的人有不同的身份证号一样准确。

在无机化学中，它能帮助研究无机化合物的晶体结构。

像研究一些金属氧化物，拉曼光谱就能告诉我们这些氧化物里原子的排列方式，是不是很厉害呢？2. 在材料科学中的应用对于新材料的研发，拉曼光谱可是个得力助手。

比如说研究石墨烯这种超级厉害的材料，拉曼光谱可以检测它的层数。

层数不同，拉曼光谱的特征峰就会不一样哦。

在检测材料的应力和应变方面也很有用。

当材料受到外力作用的时候，它的分子结构会发生变化，这种变化就可以通过拉曼光谱反映出来。

就好像材料在向我们诉说它的“委屈”一样。

3. 在生物医学领域的应用在疾病诊断方面有很大的潜力。

比如说检测癌细胞，癌细胞和正常细胞的分子结构是不一样的，拉曼光谱就能捕捉到这种差异，从而帮助医生更早地发现癌症。

在药物研发中也能发挥作用。

可以用来研究药物和生物分子之间的相互作用，就像是在给药物和生物分子之间的“约会”当侦探一样。

4. 在环境科学中的应用检测环境中的污染物。

比如水中的有机污染物，拉曼光谱可以快速地识别出污染物的种类，就像一个超级灵敏的环境卫士。

研究大气中的气溶胶成分。

拉曼光谱能够分析气溶胶里都有哪些物质，这对我们了解大气污染的来源和形成机制是很有帮助的。

微拉曼光谱技术及其在微结构残余应力检测中的应用

微拉曼光谱技术及其在微结构残余应力检测中的应用邱宇;雷振坤;亢一澜;胡明;徐晗;牛红攀【期刊名称】《机械强度》【年(卷),期】2004(26)4【摘要】多孔硅薄膜硅基底结构是微机电系统 (micro electro mechanicalsystem ,MEMS)中的一个基本组元 ,其厚度为微米量级。

由于薄膜与基底材料之间存在着晶格错配 ,在薄膜基底间的界面上会出现残余应力 ,严重时会导致裂纹出现而发生断裂。

微拉曼光谱法 (micro Ramanspectroscopy ,MRS)是近些年来在化学、物理、材料和力学等学科领域迅速发展的光学测量方法。

文中对这一方法进行介绍 ,并且用来测量化学腐蚀多孔硅薄膜结构的残余应力 ,发现随着孔隙率的增加 ,多孔硅表面的拉伸应力逐渐增大。

特别对某一样品出现裂纹区的拉曼测量表明 ,在裂纹区的残余应力急剧上升 ,达到了 0 .92GPa。

使用金相显微镜观察不同孔隙率的多孔硅薄膜表面的微观形貌 ,这种不同程度的微观孔穴结构与残余应力的分布存在着紧密的联系。

【总页数】4页(P389-392)【关键词】残余应力;拉曼光谱法;孔隙率;裂纹;多孔硅【作者】邱宇;雷振坤;亢一澜;胡明;徐晗;牛红攀【作者单位】天津大学机械学院力学系;天津大学电信学院电子科学与技术系【正文语种】中文【中图分类】O348.1;O438【相关文献】1.拉曼光谱和红外光谱分析沉积气压对微晶硅薄膜微结构的影响 [J], 陈城钊2.微尺度实验力学研究中微拉曼光谱技术的应用分析 [J], 吕晓军3.拉曼光谱与近红外光谱技术在生物油品调和比快速检测建模中的应用 [J], 范颖;王志鹏;田郁郁;郭知明4.原位低温拉曼光谱技术在人工合成CaCl2-H2O和MgCl2-H2O体系流体包裹体分析中的应用Ⅰ:低温拉曼光谱研究 [J], 丁俊英;倪培;Jean DUBESSY;张婷5.微拉曼光谱法检测非制冷红外焦平面阵列残余应力 [J], 岑皓;王克用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

拉曼光谱技术在化学中的应用

拉曼光谱技术在化学中的应用拉曼光谱技术是一种非常重要的分析方法，它已经在许多不同领域得到了广泛的应用。

在化学中，拉曼光谱技术同样发挥着极其重要的作用，可用来检测和检验物质的化学和物理性质，进而进行各种实际应用。

基本原理拉曼光谱技术是一种分子振动的光谱技术。

当一束单色光和一个样品相互作用时，样品会吸收或散射这束光。

一般来说，分子会吸收原子和分子振动的光谱。

当光通过分子时，由于分子振动和光能量相互作用，光子会失去或赢得一些能量，这会导致光子的频率就发生改变。

这种光的频移就可设想称为拉曼频移，而与之对应的拉曼光谱则被称作拉曼频谱。

优点与其他光谱技术相比，拉曼光谱技术有许多优点。

最重要的是，它是一种非侵入性和非破坏性的测试方法。

这意味着样品不需要受到损坏或被扰动，这是非常有利于那些需要保存原样品的情况下进行分析的应用。

此外，拉曼光谱技术具有非常高的分辨率和对噪声的强抵抗性，这对于准确检测样品中低浓度物质非常有帮助。

应用拉曼光谱技术已经被广泛应用于许多不同的化学行业。

在药物和医疗行业，拉曼光谱技术已被用于药物的品质控制和授权。

在所涉及的化学品领域，拉曼光谱技术已有广泛的潜在应用，如医疗用品、塑料、电池、材料、表面化学、奶制品、药物、食品和金属等等。

表面化学在表面化学中，拉曼光谱技术非常重要，它可测量化合物、溶胶和表面微妙的反应。

例如，它可用来控制表面反应和测量表面反应中所涉及化学物质的成分和形态。

此外，拉曼光谱技术可用来提高材料的表面质量和耐磨性，这对于需要高表面质量和稳定性的应用十分重要。

化学反应拉曼光谱技术在化学反应方面也有广泛的应用。

在转化过程和发酵等反应中，拉曼光谱可用来监测反应温度、浓度变化和化学反应发生速率。

此外，拉曼光谱技术也可用于分析分子结构、成分分析和分子构象，这对于化学反应的研究非常重要。

总结在化学领域，拉曼光谱技术已经得到了广泛的应用。

它不仅可以提高产品质量，而且还可以在许多不同的应用领域帮助我们进行更准确和可靠的分析。

拉曼光谱技术及其广泛应用

拉曼光谱技术及其在广泛应用摘要：本文简单介绍了拉曼光谱的原理，常用的拉曼光谱技术，拉曼光谱技术的特征、优越性以及近年来拉曼光谱分析技术在考古、医学、文物、宝石鉴定、林业和法庭科学等领域的最新进展。

并对其未来的应用前景进行了展望。

引言：1928 年，印度科学家Raman 发现了拉曼散射效应，拉曼光谱最初用的光源是聚焦的日光，后来使用汞弧灯，由于它强度不太高和单色性差，限制了拉曼光谱的发展，直到使用激光作为激发光源的激光拉曼光谱仪问世以及傅立叶变换技术的出现，拉曼光谱检测灵敏度才大大增加，其应用范围也在不断地扩大。

目前，拉曼光谱已广泛应用于考古、医学、文物、宝石鉴定、石油化工、林业和法庭科学等领域。

1 、拉曼光谱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的和短的成分, 统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，分子结构的研究谱线特征2 、常用的拉曼光谱技术常用的拉曼光谱技术主要有：显微共焦拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、共振增强拉曼光谱技术和表面增强拉曼光谱技术。

3、拉曼散射光谱具有以下明显的特征：a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关；b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。

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氧化铝涂层残余应力拉曼光谱测量技术及其应用氧化铝因其优异的性能被广泛用作高速切削刀具的涂层材料。

由于涂层与基底材料的性能差异,尤其是热膨胀系数的差异,涂层内不可避免地存在影响其服
役性能的残余应力。

微拉曼光谱法是一种有潜力的涂层残余应力测量手段,然而将其应用于氧化铝涂层的残余应力测量,还有一些基础性的问题有待解决。

本文针对氧化铝涂层残余应力拉曼光谱测量理论及其应用开展了研究。

本文首先在氧化铝材料缺少晶格动力学方程的背景下,结合单晶氧化铝主晶轴的压电光谱系数及欧拉旋转矩阵,推导出了任意取向氧化铝涂层的拉曼频移-
应力分量理论关系式。

期间,结合氧化铝的拉曼张量和偏振特性,计算出了不同偏振配置下拉曼振动模的可见性;推导了不同激光入射方向下偏振拉曼强度和晶体欧拉角之间的关系;给出了根据密勒指数确定晶体欧拉角的方法,从而给出了确
定理论关系式中的待定系数的方法。

针对具有特定织构的取向氧化铝涂层材料,本文确定出了氧化铝涂层表面和截面测量的拉曼频移-平面应力分量定量关系式。

分别根据密勒指数与晶体欧拉角的关系、不同激光入射方向下偏振拉曼强度与欧拉角的关系以及CAD几何图解法,计算、测量得到了样品表面和截面的欧拉角,
结合单晶氧化铝不同晶轴对应的压谱系数,给出了（0 1-1 2）、（11-2 0）织构取向氧化铝涂层样品的表面和截面拉曼频移-平面应力分量定量关系式。

基于所确定的氧化铝涂层表面与截面的拉曼频移-应力分量定量关系式,本
文进一步开展了氧化铝涂层表面残余应力分布以及残余应力沿层深分布的测量
与分析。

测量了不同厚度的氧化铝涂层和不同喷砂工艺的氧化铝涂层表面微区的残余应力分布情况,结果表明,厚涂层样品的残余应力值大于薄涂层样
品,ZrO2湿喷砂工艺处理的样品的残余应力比于未处理样品均
匀,A12O3湿喷砂工艺处理的样品的残余应力水平低于
未处理样品;通过截面拉曼测量,发现从氧化铝涂层表面向下涂层的残余应力逐
渐增大。

最后,本文计算分析了表面和截面使用同一拉曼频移-应力定量关系获得的应力结果的偏差范围。