[发明专利]一种切变波振动能吸收谱仪

说明书

本发明涉及一种测量仪器，特别是一种切变波共振吸收谱仪。

凝聚态物质范畴里，溶液中的团簇间、长链间和多键间的交互作用范围，分子和团簇的集团行为，高分子溶液中的长链，生命液体(如蛋白质、核酸、糖、脂等的水溶液)中的二、三、四级或其他化学溶液和络合物中的基团，其涉及的尺度处于从略小于1nm至100nm的量级。而通常电磁波(光波和微波)的共振吸收(可见光谱、Raman、红外、NMR、ESR等)频率都在10⁶--10¹³Hz以上，它们所能所探测到的是电子能级和键间各种振动(包括转动)能级的跃迁，但对于纳米和纳米以上尺度物质的整体和结构特征，它们却无能为力。

本发明的目的在于提供一种无需平衡装置，能在10^-5--10³Hz频段范围测量凝聚态物质的切变波共振吸收谱仪。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量凝聚态物质的切变波共振吸收波数谱中的应用。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量凝聚态物质的切变波共振吸收频谱中的应用。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量凝聚态物质的共振能吸收温度谱中的应用。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量凝聚态物质的动态模量随波数、频率和温度的变化关系中的应用。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量液体的粘度随波数、频率和温度的变化关系中的应用。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量凝聚态物质中的相变的应用。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量凝聚态物质中的弛豫的应用。

本发明的另一目的在于提供切变波共振吸收谱仪在测量凝聚态物质在加电场、磁场、应力场或变温过程中的动力学参数的应用。

本发明的切变波共振吸收谱仪，由悬挂扭摆装置和计算机检测装置组成。悬挂扭摆装置由起振元件、固定夹头、扭转振动夹头、摆杆、永久磁铁、电磁驱动线圈、转筒、盛液夹层套、支架组成，其中起振元件一端被固定在支架上的固定夹头夹持，另一端被带有摆杆的扭转振动夹头夹持，摆杆两侧对称地安装有一对永久磁铁、一个转筒，对应每块永久磁铁外面有一电磁驱动线圈，转筒的筒壁置于盛液夹层套内。计算机检测装置由反射镜、准直光源、差分光电池、A/D转换器、傅立叶变换器、计算机接口、恒应力或恒应变反馈器、应力信号发生器、D/A转换器、功放、电磁驱动线圈组成，其中反射镜安装在摆杆上，反射镜与准直光源、差分光电池构成计算机检测装置的应变信号源，差分光电池一路依次连接A/D转换器、傅立叶变换器、计算机接口，另一路依次连接应变振幅恒定反馈器、应力信号发生器、D/A转换器、功放、电磁驱动圈、傅立叶变换器、计算机接口。

在悬挂扭摆装置中，一对永久磁铁置于摆杆两侧，该对永久磁铁可以用横穿过摆杆的一块磁铁替代，起振元件和转筒分处于摆杆上下两端，起振元件和转筒也可同处于摆杆上端或下端，转筒的开口向下，盛液夹层套开口向上，固定在支架或固定夹头上，起振元件为固体丝或固体片。悬挂扭摆装置可以采用正扭摆方式，悬挂扭摆装置还可以采用倒扭摆方式。当采用倒扭摆方式时，固定夹头可升降，摆杆另一端可以连接有定滑轮和配重砝码，定滑轮固定在支架上，配重砝码通过定滑轮连接在摆杆上。

本发明的切变波共振吸收谱仪，是利用强迫振动方法在凝聚态物质中产生切变波，并应用固体和液体中切变波速度远小于光速的原理，可使10^-5---10³Hz频段的连续变频的横振动在固体和液体中产生波数为10^-4--10³cm-1的切变波，通过测量其共振吸收峰，即可测得液体以及固体材料中处于0.2nm-50nm尺度范围的共振源的特征，包括能测得共振源的尺寸和质量，交互作用能和键力，团簇和生命液体中或生物膜中的相变，固体中超长波横声子模的软化，以及变温及加(电、磁、力)场条件下的(生命、化学或物理)过程动力学特征。其波数连续变化范围可覆盖Raman谱、MNR谱、ESR谱一直到微波，因而可在凝聚态物理、溶液研究、胶体化学、有机化学、生物化学和生命过程的研究中得到广泛的应用。