第30卷，第5期 2010年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.30,No.5.pp1261-1265
May，2010
硅酸盐熔体团粒结构类声子振动的高温拉曼光谱研究
徐培苍"，李如璧"，尚通明，周健"，孙建华，尤静林2
1.江苏技术师范学院应用材料研究所，江苏常州213001 2.上海大学上海市钢铁冶金重点实验室，上海200072
摘要硅酸盐熔体是典型的近程有序，远程无序的准稳定态分数维体系，文章采用X射线小角散射(SAXS)、低波数拉变光谱(LWRS)及高温拉曼光谱(HTRS)实时、原位分析等技术，对高温熔融法和溶胶凝胶法合成的CaO-Al,O,-SiO和Na:O-Al,O-SiO：系列低维非晶硅酸盐试样进行了团粒结构粒度及其类声子报动频率的定量测定，获得了低温硅酸盐凝胶、高温硅酸盐熔体及其淬火玻璃相均具有纳米级（几个纳米至几十纳米)自相似闭粒结构和类声子报动模的重要结论，进而建立了测定高温熔体介观团粒结构粒度的 HTRS测定法，结果表明硅酸盐熔体的团粒结构粒度在高温下均会比其室温玻璃相的团粒尺度小，且高温熔体的网络结构基元也向桥氧数减少之基元转变，这些结论为探索自然界岩浆的地球化学特征、岩浆的结
晶和演化以及低维硅酸盐材料结构性能的改进提供重要理论依据及信息。关键词硅酸盐熔体；介观团粒结构；类声子振动；高温拉曼光谱
中图分类号：O741文献标识码：ADOI：10.3964/j.issn.1000-0593(2010)05-1261-05
或退火的温度、压力等引起的结构变化和试样的偏振状况都
引言
由晶格动力学可知(1-)，对于在三度空间周期性分布的结晶体而言，当波失9-→+0时，晶体格波的报动特征分为两类：一类是晶体元胞的每一个原子都向同一个方向振动，称声学声子谱（拉曼振动波数约为10～350cm-1），含声学声子横波TA及声学声子纵波LA；另一类是晶体元胞的某两个原子间是以相反方向振动，称光学声子谱（拉曼振动波数约为400～650cm")，含光学声子横波TO及光学声子纵波 LO。对非晶态晶格动力学而言[3.，非晶体是短程有序长程无序的体系，其严格的“格波”概念已不再成立，但非晶体的网络团粒结构仍存在一系列的本征振动，能量也是量子化的，高温硅酸盐熔体就属此类型，对网络中某一个团粒而言[5)，其所有原子存在一种一起定向振动的模式，与品体晶格的声学声子报动相似，称类声学声子模。另外，团粒内各原子之间也存在相互振动，与晶体晶格的光学声子振动相似，称类光学声子模4。硅酸盐熔体团粒结构往往仔在大量的界面，从理论上分析，描述结构特征的元激发波矢在各颗粒的界面处原有的连续性发生了断裂，大大地加强了表血的活性，极大地丰富了拉曼谱的信息量，如颗粒球的大小（团粒结构粒度）、元素的组分、团案体的呼度与大小、试样萍火
收稿日期：2009-05-16，修订日期：2009-08-20
有可能在低波数拉受谱中得到表现。而这些宝贵的信息，正是大家所追切期待的，因为无论是岩浆熔体团粒的冷却过程，亦即熔体的侵人、迁移、分异和结晶等岩浆作用过程，或者是冶金及材料科学中物质的高温相变都会在熔体网络团粒结构超品格类声子振动的位置、振幅大小和峰型特征上有塑反映出来。
国内张树霖对全碳分子C60，C70和多孔硅的声子振动作了系统的分析，程光照对非品纳米硅的光学声子模作了深人研究，并提出了非晶材料光学吸收能隙与拉曼谱的相关关系围
国际上，Karpov和Shober等对玻璃相中与声子共存的准局域振动作了系统的研究，提出了“软势模型”，并成功地解释了玻璃体的动力学行为[6}。
论文作者近年来已采用分形（分数维)理论和X射线小角散射(SAXS)分析方法对硅酸盐玻璃的网络结构特征进行了定量研究，获得了网络分布分数维D.、微粒、微孔分布分数维D,、回旋半径R、团粒尺度L，和微孔尺度L，等介观参数群的测定方法[5.8，充实了对非晶硅酸盐玻璃相介观结构的定量描述。
然面，对高温硅酸盐熔体的介观团粒结构研究，因需在温度高达1000～1700℃下测定，使SAXS等方法无法进
基金项目：国家自然科学基金项目（40743017，40973046，50334040)和中国科学院高能物理所同步辐射（BSRF)国家重点实验室资助
作者简介：徐培在，1942年生，江苏技术师范学院应用材料研究所研究员万方数据
e-mail; xpe@jstu.edu.cn; xupeicang42@tom com