利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，属于极端条件下物质结构分析领域，其特征包括以下步骤：(1)对高温拉曼光谱仪进行改进；(2)使用型号为DP的新型高温观察炉，升降温速度快；(3)测试前对拉曼光谱仪进行较准；(4)将样品放置在耐高温的铂金坩埚中进行升温实验；(5)对检测得到的光谱图进行分析，从而判定晶体在哪个温度点相变为何种物质。本发明专利技术方法可获得高信噪比的拉曼光谱图及判断晶体的温致相变过程，为极端条件下物质结构的分析提供了方法，能精确测定硅酸盐晶体结构温致相变信息。

【技术实现步骤摘要】
利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法
本专利技术涉及硅酸盐晶体温致相变分析领域，特别涉及一种高温原位拉曼光谱技术鉴定硅酸盐晶体温致相变的方法。
技术介绍
硅酸盐晶体作为地幔和矿物的主要成分，其在地质学研究中备受关注。硅酸盐微结构的研究关联着硅酸盐物理化学性质的研究，因而，在常温和高温下，对硅酸盐进行结构研究，具有十分重要的意义。硅酸盐晶体是硅灰石的主要成分，其在陶瓷业及电子材料上具有很高的应用价值，研究硅酸盐晶体在常温和高温下的微观结构，对研究电子材料的稳定性、介电性能很有帮助。拉曼光谱由于提供物质内部的结构有序性和相变等诸多信息，而被认为是分析硅酸盐晶体结构最有力的工具之一。但是，高温会引起强烈的背景热辐射，运用传统的拉曼光谱仪很难收集到强信号的拉曼散射，因此获得物质在高温下高信噪比的拉曼光谱难度较大。在此背景下，建立和完善高温拉曼光谱技术至关重要。在高温拉曼光谱仪的改进上，研究者们做过很多努力，如激发光源运用波长更短的紫外激光，从而将拉曼散射移到远离强烈热辐射区域；运用锁相放大器放大拉曼散射信号；将显微镜与拉曼光谱仪相耦合，精准聚焦，从而更好地以制杂散光；用脉冲激光代替连续激光将拉曼信号与背景热辐射分离开来等技术。但现有技术在高温下对晶体进行拉曼光谱分析的信噪比仍然不够理想，试验方法比较复杂，这成为亟待了解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，采用显微共焦拉曼光谱仪，同时利用累积时间分辨技术，在高温炉，激光源，探测器等方面对仪器进行了改造，可在高达2073K的温度下获得高信噪比的拉曼光谱，从而精确测定硅酸盐晶体结构温致相变。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，包括以下步骤：(1)对高温拉曼光谱仪进行改进，以获得高温下高信噪比的拉曼光谱图；(2)选用高温观察炉，用于加热硅酸盐晶体样品；(3)将硅酸盐晶体样品放置在耐高温铂金坩埚中，利用在所述步骤(2)中采用的高温观察炉作为热台，对硅酸盐晶体样品进行升温；运用高温拉曼光谱仪升温过程中硅酸盐晶体样品进行检测；(4)对在所述步骤(3)检测得到的光谱图进行分析，从而鉴定出硅酸盐晶体在升温过程中至少包括相变物质种类的温致相变过程信息。所选用的硅酸盐晶体为地质学中常见矿物的主要成分。所述硅酸盐晶体是指一类由金属阳离子与硅酸根化合而成的含氧酸盐晶体，在陶瓷业、电子材料等领域应用广泛。拉曼光谱可以提供物质内部的结构信息，是研究硅酸盐晶体结构的重要手段，运用高温原位拉曼光谱技术，可获得硅酸盐晶体结构相变的有效信息。在高温拉曼技术的基础上，运用时间分辨与空间分辨技术相耦合，提高了拉曼光谱仪在高温下的信噪比，可在高温下测得清晰平滑的拉曼光谱图。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(3)中，将硅酸盐晶体样品放置在耐高温铂金坩埚中，用物镜对硅酸盐晶体样品先后进行至少两次聚焦，待仪器稳定后，加热硅酸盐晶体，测试样品的升温拉曼光谱。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(3)中，晶体升温拉曼光谱的测试温度范围为常温～1873K，不仅能观测到晶体升温过程中的相变过程，还能测得晶体在熔融状态下的拉曼光谱。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(1)中，对高温拉曼光谱仪进行改进包括：在高温拉曼光谱测量的基础上，利用相耦合的时间分辨与空间分辨测量方法，提高了拉曼光谱仪在高温下的信噪比，用以在高温下测得清晰平滑的拉曼光谱图。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(1)中，时间分辨方法使用脉冲激光，运用光子计数法，采集拉曼信号，按照设定间隔的脉冲时间测试样品；空间分辨方法将共焦显微镜与显微热台耦合，能屏蔽硅酸盐晶体样品周围的高温背景热辐射。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(2)中，高温观察炉采用卤素灯加热，温度范围为293～2073K，升降温速率不低于500K/min；并在炉外配备有循环冷却水系统。升降温速率较快，能有效缩短了测试时间。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(3)中，用于高温拉曼光谱测试的坩埚为直径不低于Φ2mm铂金坩埚，具有耐高温、易清洗、所需样品少的优点，极大地方便了测试。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(3)中，进行硅酸盐晶体样品的升温拉曼光谱的测试的温度范围为常温～1873K，能观测到硅酸盐晶体升温过程中的相变过程，并测得硅酸盐晶体在熔融状态下的拉曼光谱。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(3)中，所述拉曼光谱仪设置参数为：激光激发波长为532nm，激光功率不高于100mW，采用4～50倍物镜，积分时间为5～10，积分次数为10～20；样品检测波数为100～1300cm-1。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(3)中，晶体的测试温度点选取常温、相变点和降至常温点。测试拉曼光谱时，每个温度点保温10分钟，使其达到热平衡后再测谱。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(4)中，拉曼光谱图运用Si片校正，归一化后分析拉曼光谱谱峰的变化，分析硅酸盐晶体的温致相变过程。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤(4)中，对检测得到的光谱图进行分析，包括以下步骤：a.将拉曼光谱的波数用单晶硅片校正，校正值选取单晶硅片拉曼光谱的谱峰位置与标准位置520.70cm-1的差值；在测试样品的拉曼光谱前需要对拉曼光谱仪进行校准，提高测量精确度；b.将同一硅酸盐晶体样品在不同温度下的拉曼光谱绘制在同一张图中，并作归一化处理；c.对于基底不平的谱图，扣除背底；d.标出拉曼光谱的谱峰位置，分析随着温度的升高，谱峰位置的变化，从而判断硅酸盐晶体内部微结构的变化，获取其温致相变过程信息。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术在已有高温拉曼光谱技术的基础上进行了改进，仪器采用高性价比的显微共焦拉曼光谱仪，引进累积时间分辨技术和空间分辨技术，在很大程度上提高了拉曼光谱的信噪比；2.本专利技术引进的热台采用卤素灯加热，升降温速度快，在很大程度上缩短了测试时间，为实验分析带来了方便；3.本专利技术方法鉴定各种晶体在不同温度下的微观结构，对分析晶体的温致相变过程、研究晶体生长过程提供了参考；4.本专利技术方法简单易行，成本低，适合推广使用。附图说明图1是本专利技术优选实施例CaSiO3晶体的原位升温拉曼光谱图。具体实施方式在下述实施例中，预先制备CaSiO3晶体，步骤如下：称量摩尔百分比为1:1的化学纯CaCO3和SiO2粉末，在研钵中加入酒精充分研磨2h以保证试剂混合均匀，然后将其置于铂金坩埚并放入马弗炉中，由室温至1873K阶梯式升温，1173K保温5小时以充分分解CaCO3，1873K保温12h，随后阶梯式降至室温便可制得CaSiO3晶体，作为下述实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对高温拉曼光谱仪进行改进，以获得高温下高信噪比的拉曼光谱图；/n(2)选用高温观察炉，用于加热硅酸盐晶体样品；/n(3)将硅酸盐晶体样品放置在耐高温铂金坩埚中，利用在所述步骤(2)中采用的高温观察炉作为热台，对硅酸盐晶体样品进行升温；运用高温拉曼光谱仪升温过程中硅酸盐晶体样品进行检测；/n(4)对在所述步骤(3)检测得到的光谱图进行分析，从而鉴定出硅酸盐晶体在升温过程中至少包括相变物质种类的温致相变过程信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对高温拉曼光谱仪进行改进，以获得高温下高信噪比的拉曼光谱图；
(2)选用高温观察炉，用于加热硅酸盐晶体样品；
(3)将硅酸盐晶体样品放置在耐高温铂金坩埚中，利用在所述步骤(2)中采用的高温观察炉作为热台，对硅酸盐晶体样品进行升温；运用高温拉曼光谱仪升温过程中硅酸盐晶体样品进行检测；
(4)对在所述步骤(3)检测得到的光谱图进行分析，从而鉴定出硅酸盐晶体在升温过程中至少包括相变物质种类的温致相变过程信息。


2.根据权利要求1所述利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，将硅酸盐晶体样品放置在耐高温铂金坩埚中，用物镜对硅酸盐晶体样品先后进行至少两次聚焦，待仪器稳定后，加热硅酸盐晶体，测试样品的升温拉曼光谱。


3.根据权利要求1所述利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，对高温拉曼光谱仪进行改进包括：在高温拉曼光谱测量的基础上，利用相耦合的时间分辨与空间分辨测量方法，提高了拉曼光谱仪在高温下的信噪比，用以在高温下测得清晰平滑的拉曼光谱图。


4.根据权利要求3所述利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，时间分辨方法使用脉冲激光，运用光子计数法，采集拉曼信号，按照设定间隔的脉冲时间测试样品；空间分辨方法将共焦显微镜与显微热台耦合，能屏蔽硅酸盐晶体样品周围的高温背景热辐射。


5.根据权利要求1所述利用原位高温拉曼光谱分析硅酸盐晶体温致相变的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，高温观察炉采用卤素灯加热，温度范围为293～2073K，升降温速率不低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤静林，马进进，王敏，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31