聚酰胺66的太赫茲光譜特性與分子振動特征研究
發(fā)布時間：2021-11-28 23:13
針對太赫茲技術(shù)在材料特征識別和探測領(lǐng)域的潛在應(yīng)用以及高分子材料在太赫茲波段的指紋特征,利用太赫茲時域光譜技術(shù)開展了PA66高分子材料在太赫茲波段的吸收光譜以及折射率、介電常數(shù)等光學(xué)參數(shù)的實驗與理論分析研究。得到了PA66的太赫茲波段的光譜特征及吸收特征峰。并利用密度泛函理論開展了PA66在0.1～10 THz范圍內(nèi)的分子振動頻率的計算工作,對比了理論計算數(shù)據(jù)和實驗測試數(shù)據(jù),并進行了太赫茲光譜特征吸收峰的歸屬指認。結(jié)果表明,計算的PA66分子振動頻率與太赫茲實驗光譜具有較高的一致性,并且太赫茲吸收光譜中的特征峰是分子中各基團的振動與太赫茲波頻率的共振響應(yīng)。通過分析基團的振動模式,對太赫茲光譜吸收特征峰歸屬進行指認:PA66材料在0.2～2.3 THz頻段內(nèi)多個特征峰主要由主鏈上酰胺基中C=O,—NH基團的擺動以及大骨架C鏈中的—CH2非對稱性振動產(chǎn)生。其中, 0.77 THz處的特征峰歸因于分子內(nèi)強烈的C=O和N—H的面外擺動, 1.56 THz處特征峰包含C=O的面外擺動和C鏈上CH2的扭動,而1.85 THz處特征峰主要歸因于來自單體己二酸...
【文章來源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(09)北大核心EISCICSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
透射式太赫茲時域光譜儀系統(tǒng)工作原理示意圖[12]
實驗測得的透射太赫茲時域和經(jīng)傅里葉變換后頻域的光譜參考信號和樣品信號如圖2所示。 由圖可知, 樣品信號相對于參考信號存在時間延遲和幅值衰減。 并且, 太赫茲脈沖透過2.0 mm的PA66樣品, 其幅值下降了約75%, 表明PA66對此頻段的太赫茲波有較強吸收, 并且在1.1～2.3 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個吸收峰。圖3為PA66樣品的太赫茲吸收光譜。 如圖所示, 在0.4～2.2 THz頻段內(nèi), PA66對太赫茲波有整體的吸收特性, 并且出現(xiàn)明顯的吸收特征峰, 其頻率位置分別為1.24, 1.48, 1.55, 1.74, 1.85和1.96 THz。 其產(chǎn)生原因與PA66分子結(jié)構(gòu)中主鏈上的酰胺基官能團中—NH, CO基團的振動模式有關(guān), 其中各基團和大骨架主鏈的擺動、 扭動以及對稱和非對稱性振動致使PA66在0.4～2.2 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個共振吸收峰, 造成對此頻段的太赫茲波的吸收。
圖3為PA66樣品的太赫茲吸收光譜。 如圖所示, 在0.4～2.2 THz頻段內(nèi), PA66對太赫茲波有整體的吸收特性, 并且出現(xiàn)明顯的吸收特征峰, 其頻率位置分別為1.24, 1.48, 1.55, 1.74, 1.85和1.96 THz。 其產(chǎn)生原因與PA66分子結(jié)構(gòu)中主鏈上的酰胺基官能團中—NH, CO基團的振動模式有關(guān), 其中各基團和大骨架主鏈的擺動、 扭動以及對稱和非對稱性振動致使PA66在0.4～2.2 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個共振吸收峰, 造成對此頻段的太赫茲波的吸收。由透射頻譜得出PA66的折射率、 介電常數(shù)等光學(xué)參數(shù)隨頻率變化的曲線, 如圖4所示。 PA66的折射率約為1.9, 并隨著頻率的增加有所上升, 在1.5 THz左右由1.96降至1.88。 折射率虛部不為0, 表明PA66對太赫茲波有吸收衰減特性。 PA66材料的介電常數(shù)實部在3.5～3.8之間, 其虛部在0.2～1.2 THz頻段范圍由0.1左右增加為0.35, 隨后逐漸降低, 并且在整個頻段出現(xiàn)多個共振響應(yīng)峰。 分析其光學(xué)參數(shù)可知, 由于PA66分子鏈中含有酰胺基以及結(jié)構(gòu)的不對稱性, 在太赫茲波的作用下發(fā)生較強的偶極子取向極化和原子極化, 電偶極性的差異, 偶極子的非對稱性振動, 致使其在太赫茲波段的響應(yīng)特征較為明顯, 有較強的共振吸收, 其折射率和介電常數(shù)均出現(xiàn)頻散現(xiàn)象, 且折射率高于分子結(jié)構(gòu)對稱性高的材料[11]。 因此, 材料的折射率與材料分子結(jié)構(gòu)、 極化特性和入射波的頻率有關(guān)。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]增韌尼龍66的制備及耐低溫性能[J]. 馬小豐,金旺,劉莉莉,李建華. 工程塑料應(yīng)用. 2019(06)
[2]航空復(fù)合材料及其基體樹脂的太赫茲光譜特性研究[J]. 王強,李欣屹,常天英,胡秋平,白金鵬. 光譜學(xué)與光譜分析. 2018(09)
[3]太赫茲波通信技術(shù)研究進展[J]. 楊鴻儒,李宏光. 應(yīng)用光學(xué). 2018(01)
[4]氧化鎂單晶在太赫茲波段的介電特性[J]. 任冠華,趙紅衛(wèi),張建兵,田震,谷建強,歐陽春梅,韓家廣,張偉力. 紅外與激光工程. 2017(08)
[5]太赫茲波探測光子晶體涂層覆蓋目標的可行性[J]. 王啟超,汪家春,王梟,趙大鵬,張繼魁,李志剛,曾杰. 發(fā)光學(xué)報. 2017(02)
[6]全反式β-胡蘿卜素太赫茲光譜的實驗及理論研究[J]. 閆微,馬淼,戴澤林,谷雨,朱宏釗,劉禹彤,許向東,韓守勝,彭勇. 物理學(xué)報. 2017(03)
[7]α-HMX的太赫茲波吸收特性及理論計算[J]. 杜宇,李敬明,宗和厚,楊占峰,張偉斌. 含能材料. 2015(05)
本文編號：3525341
【文章來源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(09)北大核心EISCICSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
透射式太赫茲時域光譜儀系統(tǒng)工作原理示意圖[12]
實驗測得的透射太赫茲時域和經(jīng)傅里葉變換后頻域的光譜參考信號和樣品信號如圖2所示。 由圖可知, 樣品信號相對于參考信號存在時間延遲和幅值衰減。 并且, 太赫茲脈沖透過2.0 mm的PA66樣品, 其幅值下降了約75%, 表明PA66對此頻段的太赫茲波有較強吸收, 并且在1.1～2.3 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個吸收峰。圖3為PA66樣品的太赫茲吸收光譜。 如圖所示, 在0.4～2.2 THz頻段內(nèi), PA66對太赫茲波有整體的吸收特性, 并且出現(xiàn)明顯的吸收特征峰, 其頻率位置分別為1.24, 1.48, 1.55, 1.74, 1.85和1.96 THz。 其產(chǎn)生原因與PA66分子結(jié)構(gòu)中主鏈上的酰胺基官能團中—NH, CO基團的振動模式有關(guān), 其中各基團和大骨架主鏈的擺動、 扭動以及對稱和非對稱性振動致使PA66在0.4～2.2 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個共振吸收峰, 造成對此頻段的太赫茲波的吸收。
圖3為PA66樣品的太赫茲吸收光譜。 如圖所示, 在0.4～2.2 THz頻段內(nèi), PA66對太赫茲波有整體的吸收特性, 并且出現(xiàn)明顯的吸收特征峰, 其頻率位置分別為1.24, 1.48, 1.55, 1.74, 1.85和1.96 THz。 其產(chǎn)生原因與PA66分子結(jié)構(gòu)中主鏈上的酰胺基官能團中—NH, CO基團的振動模式有關(guān), 其中各基團和大骨架主鏈的擺動、 扭動以及對稱和非對稱性振動致使PA66在0.4～2.2 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個共振吸收峰, 造成對此頻段的太赫茲波的吸收。由透射頻譜得出PA66的折射率、 介電常數(shù)等光學(xué)參數(shù)隨頻率變化的曲線, 如圖4所示。 PA66的折射率約為1.9, 并隨著頻率的增加有所上升, 在1.5 THz左右由1.96降至1.88。 折射率虛部不為0, 表明PA66對太赫茲波有吸收衰減特性。 PA66材料的介電常數(shù)實部在3.5～3.8之間, 其虛部在0.2～1.2 THz頻段范圍由0.1左右增加為0.35, 隨后逐漸降低, 并且在整個頻段出現(xiàn)多個共振響應(yīng)峰。 分析其光學(xué)參數(shù)可知, 由于PA66分子鏈中含有酰胺基以及結(jié)構(gòu)的不對稱性, 在太赫茲波的作用下發(fā)生較強的偶極子取向極化和原子極化, 電偶極性的差異, 偶極子的非對稱性振動, 致使其在太赫茲波段的響應(yīng)特征較為明顯, 有較強的共振吸收, 其折射率和介電常數(shù)均出現(xiàn)頻散現(xiàn)象, 且折射率高于分子結(jié)構(gòu)對稱性高的材料[11]。 因此, 材料的折射率與材料分子結(jié)構(gòu)、 極化特性和入射波的頻率有關(guān)。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]增韌尼龍66的制備及耐低溫性能[J]. 馬小豐,金旺,劉莉莉,李建華. 工程塑料應(yīng)用. 2019(06)
[2]航空復(fù)合材料及其基體樹脂的太赫茲光譜特性研究[J]. 王強,李欣屹,常天英,胡秋平,白金鵬. 光譜學(xué)與光譜分析. 2018(09)
[3]太赫茲波通信技術(shù)研究進展[J]. 楊鴻儒,李宏光. 應(yīng)用光學(xué). 2018(01)
[4]氧化鎂單晶在太赫茲波段的介電特性[J]. 任冠華,趙紅衛(wèi),張建兵,田震,谷建強,歐陽春梅,韓家廣,張偉力. 紅外與激光工程. 2017(08)
[5]太赫茲波探測光子晶體涂層覆蓋目標的可行性[J]. 王啟超,汪家春,王梟,趙大鵬,張繼魁,李志剛,曾杰. 發(fā)光學(xué)報. 2017(02)
[6]全反式β-胡蘿卜素太赫茲光譜的實驗及理論研究[J]. 閆微,馬淼,戴澤林,谷雨,朱宏釗,劉禹彤,許向東,韓守勝,彭勇. 物理學(xué)報. 2017(03)
[7]α-HMX的太赫茲波吸收特性及理論計算[J]. 杜宇,李敬明,宗和厚,楊占峰,張偉斌. 含能材料. 2015(05)
本文編號：3525341
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