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便携式拉曼光谱仪对炭黑材料在线分析表征

2021.5.19

  炭黑材料是一种具有无定形结构的碳材料,外观呈现为一种轻、松而极细的粉末状态,可以看成是具有非晶态结构的石墨,但较石墨而言结晶度更低。炭黑材料目前主要用作汽车轮胎和一些橡胶制品中的增强填料,此外,还常用于涂料、颜料和碳式复写纸等方面。由于这种材料的结构高度复杂,加上没有明确的标准分析方法,因此对于这类材料的分析表征通常都局限于传统的测试方法,例如,利用碘吸收法研究炭黑等级;根据面积大小测量粒度大小;利用增韧剂(邻苯二钾酸二丁酯等)吸收数量测量炭黑能够吸收的相对石油量等。

  虽然现在已经出现了一些新型方法能够在原子级别上研究炭黑材料的结构特性,例如X射线衍射技术以及一些高性能成像技术等,但是,这些分析方法都不能即时即地的在分子水平上对炭黑材料进行分析表征;能够对炭黑材料进行实时在线分析测量将十分有助于评估、控制以及监测炭黑材料的生产工艺过程。

  拉曼光谱分析技术极其适用于分析具有不同结晶结构的碳材料,例如石墨材料、金刚石等;这主要是因为碳材料的微观结构具有高度的拉曼活性。石墨晶体材料通常呈现为层状结构,且每一层中碳原子排列成六边形,一个个六边形(形成六元环)最终排列成平面的网状结构,在每个单一晶胞中含有四个碳原子;不同的面都是通过对称轴的旋转和转换联系起来的。对于单晶石墨的对称群 D6h——振动模式之一的E2g振动模式,具有高度的拉曼活性,并且与1582cm-1处(G峰)的拉曼峰密切相关。因此,石墨具有非常高的单一结晶度,尤其以高定向热解石墨(HOPG)著称,其在1582cm-1处体现出了一个拉曼峰。

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