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基于压电光声技术的材料光热特性研究

作　者: 郭文娟
导　师: 袁萍
学　校: 西北师范大学
专　业: 光学
关键词: 光声光谱压电效应光吸收率热扩散率溶液浓度
分类号: O433.59
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

光声光谱检测技术由于灵敏度高、可检测的波谱范围宽等优点，已被广泛的应用于物理、化学、生物、医学、化工、环境保护、材料科学等各个领域。光声光谱提供的光声振幅和位相双重信息，对于分析层状样品，尤其是薄膜有很大优势。本文所做的主要工作是基于压电光声实验平台，对薄膜材料、液体等进行了测量，完成了样品吸收率、热扩散率、浓度等光热特性的研究。利用光声光谱技术研究了ITO薄膜在可见光波段的吸收特性，并与分光型光学薄膜分析系统NKD8000测得的数据进行了比较，得到了一致性较好的结果，实验证实：在可见光波段，该ITO薄膜的吸收率随波长呈非线性变化，在450nm附近吸收最强，随着波长的增加逐渐减小，在514.7nm处接近于零，之后又缓慢增大。利用背激发检测光声技术测量了8个不同厚度SrTiO₃薄膜的热扩散率，研究了光声信号的幅值、相位及薄膜热扩散率随膜厚的变化规律发现，随着薄膜厚度的增大，光声信号的幅值和相位均逐渐减小；薄膜的热扩散率随着厚度的增加先增大后减小，在一定厚度下，热扩散率达到最大；厚度不变时，光声信号幅值、相位及薄膜热扩散率与入射光调制频率的相关性研究表明，光声信号幅值与相位随频率的增大呈非线性减小，但薄膜热扩散率的测量值在不同的调制频率下较稳定。研究了蜂蜜溶液和氯化钠溶液光声信号强度与浓度的关系，结果表明：低浓度蜂蜜溶液的光声信号强度随浓度的增加呈非单调变化，在一定浓度下，信号最强；氯化钠溶液的光声信号强度随浓度增加呈线性增大。同时，由朗伯比尔定律，运用标准曲线法，依据已知浓度的氯化钠标准液，测定了待测氯化钠溶液的浓度，为溶液浓度和成分的分析提供了依据。

全文目录

目录  6-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-16
  1.1 光声光谱技术的发现、发展和特点  11-13
    1.1.1 光声技术的发现  11
    1.1.2 光声光谱技术的发展  11-12
    1.1.3 光声光谱技术的特点  12-13
  1.2 光声光谱技术的应用  13-14
  1.3 本论文研究的主要内容  14-15
  参考文献  15-16
第二章光声光谱检测的基本理论  16-29
  2.1 凝聚态物质光声检测的经典理论—R-G理论  16-21
    2.1.1 一维交变温度场  16-19
    2.1.2 声的激发  19-21
  2.2 光声压电(PAPE) 基本理论  21-26
    2.2.1 光声效应  21-22
    2.2.2 压电效应  22
    2.2.3 薄板弹性论  22-26
  2.3 简化的光声压电理论  26-28
  参考文献  28-29
第三章光声光谱测量系统及样品测试与表征简介  29-37
  3.1 光声光谱测量系统  29-32
    3.1.1 时变辐射源  29-30
    3.1.2 光声池单元  30-31
    3.1.3 微弱信号检测  31-32
  3.2 样品测试与表征  32-36
    3.2.1 X射线衍射分析  32-33
    3.2.2 扫描电子显微镜  33-34
    3.2.3 薄膜分析仪  34-36
  参考文献  36-37
第四章样品光热特性研究  37-54
  4.1 ITO薄膜的光吸收率研究  37-41
    4.1.1 ITO薄膜简介  37
    4.1.2 测量原理及实验条件优化  37-40
    4.1.3 ITO薄膜吸收率测量及结果分析  40-41
  4.2 SrTiO_3薄膜热扩散率测量  41-46
    4.2.1 SrTiO_3晶体结构及应用  41-42
    4.2.2 实验测量原理  42-43
    4.2.3 SrTiO_3薄膜热扩散率测量结果与分析  43-46
  4.3 溶液光声光谱研究  46-52
    4.3.1 测量原理与氯化钠溶液浓度测量  46-50
    4.3.2 蜂蜜溶液光声光谱及浓度与光声信号的关系  50-52
  参考文献  52-54
第五章总结与展望  54-55
  5.1 总结  54
  5.2 存在的问题及展望  54-55
附录：硕士期间的主要工作  55-56
致谢  56

基于压电光声技术的材料光热特性研究

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