[发明专利]多角度测量短碳纳米管直径与长度的方法

摘要

本发明涉及一种多角度测量短碳纳米管直径与长度的方法，根据短碳纳米管散射光自相关函数的衰减线宽与散射矢量的平方存在线性关系，线性关系与碳纳米管的平动系数和转动系数相关，并且散射矢量取决于散射角的大小。根据这种特殊的关系，采用多角度测量方法通过线性拟合的手段，得到精确的转动系数和平动系数，进而求得短碳纳米管的直径和长度。不仅可以精确得到转动系数和平动系数，而且通过线性拟合减少角度引入的误差。因此，本方法可以大大减小实验误差，提高测量的准确性。

主权项

一种多角度测量短碳纳米管直径与长度的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)搭建测量光路，采集数据：采用偏振方向为竖直方向的半导体激光器作为光源，激光沿x方向经过透镜聚焦在含有纳米管溶液的样品池内；被激光束照射的样品颗粒发生散射，待检测的散射光IV经过两个正对小孔，照射在渥拉斯顿棱镜上，渥拉斯顿棱镜将散射光IV分解为垂直方向偏振散射光IVV和水平方向IVH的偏振散射光，由光电倍增管和光电倍增管将两个方向上的散射光信号转换成电脉冲信号H1和H2，并送给光子计数卡计数，同时记录此时散射角θ；2)沿顺时针方向改变激光照射到样品池的入射方向，即激光的入射方向改变Δθ，重复步骤1)采集数据，在不同散射下，对散射光信号进行采集，并记录对应散射角度大小；3)计算碳纳米管直径：A:散射光强自相关函数的表达式如下:g2(τ)=limm→∞I(t)I(t-τ)dt=<n(t)n(t-τ)>]]>式中，τ为相关时间，I(t)和I(t‑τ)分别是t时刻和t‑τ时刻的散射光光强，n(t)和n(t‑τ)是两时刻的散射光子数；根据表达式，将得到的实验数据带入，得到散射角为θ时两个方向上的散射光强自相关函数GVV‑θ(τ)和GVH‑θ(τ)；B:散射光自相关函数为指数衰减函数，形式如下式，GVV‑θ(τ)和GVH‑θ(τ)采用指数拟合得到对应两个方向上散射光强自相关函数的衰减线宽ΓVV‑θ和ΓVH‑θ，GVV-θ(τ)=1+exp(-2ΓVV-θτ)GVH-θ(τ)=1+exp(-2ΓVH-θτ),]]>C:根据Rayleigh线宽与平动系数DT和转动系数DR的关系式，求平动系数DT与转动系数DR：式中q(θ)为散射矢量,其计算公式如下：q(θ)=4πnsin(θ2)λ0]]>其中，n为溶液的折射率，λ0为入射光波长，θ为散射角；D:由于平动系数DT与转动系数DR与纳米管直径d和长度L满足如下公式：DR=3kBTln(Ld)πηSL3,]]>DT=kBTln(L/d)3πηSL,]]>式中，L是纳米管的长度，d是纳米管的直径，kB为玻尔兹曼常数，T是绝对温度，ηs是分散介质的粘度系数，可以通过查表获得，根据上式，计算出纳米管的直径d和长度L；4)数据分析与处理：将不同散射角θ计算所得的短碳纳米管直径与长度数据结果进行处理，得到准确的短碳纳米管的直径和长度。