本文选取了Na2O-TiO2-SiO2体系不同成分的团簇模型, 采用量子化学从头计算方法计算其拉曼振动频率和相对散射活性。本文分析了钛硅酸盐中硅氧四面体(［SiO4］)的局域环境变化对特征拉曼振动频率的影响, 对硅氧四面体应力指数进行了拓展与修正, 研究表明钠钛硅酸盐拉曼光谱高波数区硅氧四面体非桥氧对称伸缩振动频率随相应的硅氧四面体应力指数的增加而增加, 并表现出良好的线性相关性。采用拉曼光谱和29Si NMR对Na2TiSiO5玻璃进行解谱、定量分析和比较, 并认为869 cm-1处的谱峰归属为Q1(Si)中非桥氧的对称伸缩振动。

四川绵阳雪宝顶绿柱石由于其独特的透明扁平状结构而备受关注, 目前其扁平状形成原因还存在分歧。本文应用显微振动光谱及成像, 结合化学定量检测, 对雪宝顶绿柱石进行了深入分析。显微红外成像表明通道中除了水分子, 还存在铁合水离子和二氧化碳分子, 且在晶体中不均匀分布。Li元素替换Be元素会造成Be-O四面体和Al-O八面体结构畸变, 表现为晶格振动模式的拉曼峰位向高波数偏移。同时, 通道中水分子与Na结合, 使其极化率减小, 表现为伸缩振动模式的拉曼峰位向低波数偏移。本文研究为探究雪宝顶绿柱石扁平状成因提供了基础, 为研究单个水分子量子态提供了参考。

硫族化镉纳米微晶由于具有发光效率高和发射波长可调谐等优良性质在光电器件中有重要的应用,CdSe/CdS点-棒异质结量子点是典型代表之一。本文中通过非共振拉曼方法探测了该量子点在5~50 cm-1的声学声子模,利用不同模式的偏振特性,清晰地指认了球状核壳异质结量子点的扭转模式和径向呼吸模、棒状和点-棒异质结量子点的伸缩模和径向呼吸模等,并观察到了棒状量子点和点-棒异质结量子点的电子拉曼散射。同时发现点-棒异质结量子点的径向呼吸模较尺寸相当的纳米棒量子点发生红移。利用有限元方法形象模拟各量子点声学模的振动形式,并发现点-棒异质结量子点呼吸模振动的局域性。随后,引入局域有效声速的概念,利用改进的Lamb定律,成功解释了该红移是由CdSe核区域声速的减小所导致的,并再次验证该呼吸模局域在核附近区域。该研究对于表征和研究量子点中的限制性声学模具有重要意义,声学模和光学跃迁均局域在量子点附近区域的特性,对调控其激子-声子耦合和相关的光学性质具有重要指导意义。

本文选取了5种锂钨酸盐晶体结构,搭建了8种含Na+阳离子的团簇模型,并分别基于MS(materials studio)软件的CASTEP(cambrigde serial total energy package)模块和Gaussian09软件对其拉曼振动波数和散射活性进行了DFT(密度泛函理论)计算。通过分析,发现晶体中W-Onb (non-bridging oxygen,即非桥氧)键对称伸缩振动波数随其键长的减小而增大,在熔体中也存在类似关系。为反映局部应力对W-Onb键对称伸缩振动波数的影响,在本工作中分别对晶体和熔体中的微结构进行了指认。结果表明,在Li2O-WO3二元系中,构成晶体的主要阴离子基团为［WO6］6-,且该基团W-Onb键的对称伸缩振动波数随着桥氧数的增大而增大;在熔体中W-Onb键的对称伸缩振动波数一般为［WO4］2->［WO5］4->［WO6］6-,且当W-O基团确定后,该振动波数会随着桥氧数的增大而增大。该相关性有助于碱金属钨酸盐晶体及熔体结构中阴离子基团的诊断与鉴别。本文测定了A2WnO3n+1(A = Li,Na,K;n = 1,2,3)共9种成分熔体的原位拉曼光谱,以验证该相关性。

本文采用静电纺丝法制备出不同前驱条件下的TiO2纳米纤维。用扫描电镜对样品的形貌进行表征, 结果表明纤维直径约为100 nm且表面粗糙;Ｘ-射线衍射和拉曼结果显示不同前驱条件制备的样品中锐钛矿相与金红石相的比例不同;利用紫外可见分光光度计测试TiO2纳米纤维对亚甲基蓝的光催化活性分析所制样品的光催化活性, 结果表明加热条件下样品的活性更高;原因是加热条件下金红石相的含量更多, 两相混合为电子跃迁提供更多的跃迁能级, 增加了光生电子和空穴的寿命, 从而减少两者的复合几率, 提高TiO2纳米纤维的光催化活性。

采用背向散射偏振配置,对半极性a面(1120)生长的4H-SiC晶体,测量了激发光偏振方向与光轴成不同角度时各声子振动的偏振拉曼散射光谱,研究了不同声子模式的偏振拉曼散射光的强度变化与性质。利用拉曼选择定则,对实验结果进行拟合分析得到了不同声子模式的拉曼散射矩阵张量元系数及其各向异性特征。研究结果为深入了解4H-SiC晶体的微观结构和各向异性性质提供依据。

本文设计了α、β和γ三种晶型的Na2TiO3晶体的制备方法,采用固相烧结技术成功制备了该晶体的上述三种晶型,并对其常温拉曼光谱进行了比较研究。对其中已知晶型结构的γ-Na2TiO3的拉曼光谱进行密度泛函理论的模拟计算,基于计算对其拉曼光谱高频区主要振动模式进行归属。运用高温原位拉曼光谱技术和X射线衍射技术对无序型亚稳态α-Na2TiO3晶体升温过程的相变及其结构变化进行了原位追踪与研究,为不同晶型的Na2TiO3晶体的温致结构演变及晶型的鉴定提供重要的实验依据。

基于含时密度泛函理论(TDDFT)研究了单层磷化硼纳米结构中的等离激元激发。单层磷化硼纳米结构中有两个主要的等离激元共振带,一个等离激元共振带位于能量点3 eV附近,另一个等离激元共振带位于能量点9 eV附近。单层磷化硼纳米结构在光谱的可见光区存在等离激元共振。单层磷化硼纳米结构的边界构型(锯齿形边界和扶手椅边界)以及沿着激发光的偏振方向的边界宽度对单层磷化硼纳米结构吸收光谱有很大的影响。单层磷化硼纳米结构中等离激元模式是长程电荷转移激发。

利用 Au/Sb 和 Au/Si 共晶点温度较低的特点,通过在~400 ℃ 合金化的方法,在硅片表面实现了掺 Sb 纳米晶体的制作。扫描电子显微镜观察到了 Au/Si 合金化反应形成的倒金字塔形蚀坑以及纳米结构的存在,拉曼散射光谱证实这些结构主要是纳米尺度的晶体,二次离子质谱表明 Sb 在 Si 中的掺杂浓度大于 2×1018 cm-3,超过了 Sb 在体晶硅中的固溶度。该纳米晶体的制作方法简单易行,热预算较低,和其他微纳器件制作工艺的兼容性较好。

本文通过将单分散Fe3O4胶体粒子分散嵌埋于琼脂糖水凝胶网络结构中,制备了一种新型磁响应光子晶体水凝胶,并对其光学性质进行了研究。首先通过水热法制备了由表面羧基修饰的Fe3O4胶体粒子,并将其分散于水中制成胶体溶液。将该胶体溶液与琼脂糖单体混合,通过交联聚合使之形成琼脂糖水凝胶。由于琼脂糖水凝胶较大的网络空间结构,使得Fe3O4胶体粒子仍能保持其可动性,在外加磁场作用下,处于水凝胶网络中的Fe3O4胶体粒子可以对磁场做出响应并形成晶态胶体阵列,且随着磁场强度的变化,凝胶的结构色也表现为连续可调的特性。这种结构色可动态调控的光子晶体水凝胶,为胶体光子晶体的实际应用提供可能。