光子晶體對(duì)硝酸鈉與無(wú)水乙醇紅外特性影響的研究.pdf

1、紅外吸收光譜技術(shù)是根據(jù)樣品的紅外吸收光譜得到分子振動(dòng)的頻率、強(qiáng)度等信息，進(jìn)而分析分子的結(jié)構(gòu)及定量檢測(cè)的技術(shù)，具有成本較低、分析精度高、檢測(cè)速度快、重復(fù)性好、用量少等優(yōu)點(diǎn)。但是由于水或者乙醇的OH基團(tuán)對(duì)紅外光有強(qiáng)吸收，使得紅外光譜技術(shù)難以檢測(cè)水溶液或者乙醇溶液中低濃度的物質(zhì)。
　　二維金屬光子晶體的濾波特性以及表面等離子體效應(yīng)，能夠增強(qiáng)待測(cè)樣品的紅外吸收。本文研究了光子晶體對(duì)硝酸根與乙醇紅外吸收特性的影響，主要研究?jī)?nèi)容如下:

2、　　首先利用嚴(yán)格波耦合法研究了二維金屬鎳光子晶體的紅外光譜特性。通過(guò)模擬計(jì)算，考察了周期、孔徑、鎳膜厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)以及光的入射角對(duì)光子晶體透射特性的影響。模擬計(jì)算結(jié)果表明:光子晶體結(jié)構(gòu)的周期能使共振峰產(chǎn)生紅移、分裂、強(qiáng)度變化等現(xiàn)象。特別地，在周期波長(zhǎng)處，紅外透射光譜會(huì)出現(xiàn)一個(gè)透射極小值;孔徑大小和厚度對(duì)光譜的移動(dòng)影響不大，但是會(huì)對(duì)透射谷的位置和寬度產(chǎn)生影響;光的入射角的增加，也會(huì)使各透射峰產(chǎn)生移動(dòng)、分裂、透射率發(fā)生相應(yīng)變化，而且相應(yīng)地透

3、射谷的位置和寬度也會(huì)改變。在光垂直入射的情況下，實(shí)驗(yàn)中P=10μm的二維金屬鎳光子晶體的紅外透射光譜在1000cm-1、2100cm-1附近都有透射極小值，1500～1600cm-1范圍是透射的極大值。這些結(jié)果與模擬計(jì)算基本一致，對(duì)光子晶體的設(shè)計(jì)有著重要的理論指導(dǎo)意義。
　　其次分別探究了在光子晶體作為光學(xué)濾波器對(duì)紅外光的強(qiáng)度調(diào)控后，硝酸鈉和無(wú)水乙醇的紅外光譜變化。首先探究光子晶體濾波特性對(duì)硝酸鈉的紅外光譜的影響，發(fā)現(xiàn)光子晶體能夠

4、增加1200～1500cm-1范圍的硝酸根反對(duì)稱伸縮振動(dòng)的紅外吸收強(qiáng)度。然后探究光子晶體濾波特性對(duì)無(wú)水乙醇的紅外光譜的影響，結(jié)果表明無(wú)水乙醇C-H彎曲振動(dòng)峰(1300～1500cm-1)和伸縮振動(dòng)峰(2800～3000cm-1)的紅外強(qiáng)度均有增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明，這種情況下光子晶體作為濾波器對(duì)紅外光起調(diào)控作用，不會(huì)改變硝酸根及無(wú)水乙醇的振動(dòng)模式的振動(dòng)峰位，只增強(qiáng)透射率高的頻段的振動(dòng)模式的紅外吸收。
　　最后研究了光子晶體的表面和孔內(nèi)都存

5、在無(wú)水乙醇時(shí)對(duì)紅外光譜的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種情況會(huì)改變圓孔內(nèi)介質(zhì)的折射率，會(huì)導(dǎo)致乙醇的紅外透射光譜會(huì)發(fā)生移動(dòng)、分裂，并且會(huì)增加紅外吸收強(qiáng)度。然后測(cè)量無(wú)水乙醇蒸發(fā)的過(guò)程中的紅外光譜，1200cm-1～1500cm-1范圍的C-H的彎曲振動(dòng)峰最先消失，然后依次是3200cm-1的OH伸縮振動(dòng)峰、1050cm-1左右的C-O伸縮振動(dòng)峰，2970cm-1附近的CH3反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰最后消失。證明了光子晶體的濾波特性不僅能夠調(diào)制光強(qiáng)度，還能依