[发明专利]一种基于谱学分析的外场作用下化学键物性参数测量方法

说明书

本发明公开了一种基于谱学分析的外场作用下化学键物性参数测量方法，一方面通过将待测样品置于持续作用的待考察外场中进行谱学测试得到待测样品的声子谱，再从中截取在待考察外场不同状态下目标化学键在目标振动模态下谱峰处的振动频率；另一方面，基于化学键振动频率偏移量的计算公式以及化学键长度和能量在外场作用下的受激弛豫公式拟合出在待考察外场不同状态下目标化学键在目标振动模态下的振动频率与参考频率、物性参数的拟合关系式，再将实测的不同状态下目标化学键在目标振动模态下谱峰处的振动频率代入拟合公式得到物性参数。通过该方法实现了一种系统式获取不同类外场作用下或者多类外场协同作用下的系列物性参数。

技术领域

本发明属于物理化学领域，具体涉及一种基于谱学分析的外场作用下化学键物性参数测量方法。

背景技术

介质服役时所受的外场作用可以调制化学键的长度和能量从而改变其物理性质。目前，已有多种检测技术或数值方法能获得化学键的长度或能量或某些物性参数值，如中子衍射和X射线衍射实验可根据结构因子和径向分布函数探测原子间距以获得化学键长度；拉曼光谱能够确定单壁碳纳米管的直径，并能清晰确定石墨烯的层数等等。然而，这些技术或方法仅能确定化学键长度、能量及与之关联物理量中的一个或几个，无法系统地测定不同类型外场下对应的物性参数，例如配位场中的键长、应变场中的单键力常数、压强场中的压缩系数、温度场中的热膨胀系数和德拜温度等系列物性参数，尤其是它们在外界激励条件下弛豫的趋势，原因在于从物理根源上缺乏这一系列物理量之间的本征关系。

此外现有的谱学分析仅限于对谱峰的高斯拟合而不能得到所测样本的任何微观键结构和宏观物性及其演变的定量信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于谱学分析的外场作用下化学键物性参数测量方法，其可以测量多类外场作用下或者多类外场协同作用下的系列物性参数，提供了一种统一的系统测量方法来得到化学键物性参数。

本发明提供了一种基于谱学分析的外场作用下化学键物性参数测量方法，包括如下步骤：

S1：将待测样品置于连续变化的待考察外场中进行谱学测试得到待测样品的声子谱；

所述声子谱为待测样品在待考察外场不同状态下的振动频率-振动强度曲线，所述声子谱中各个谱峰均对应一类化学键的一种振动模态；

S2：从步骤S1中振动频率-振动强度曲线截取在待考察外场不同状态下目标化学键在目标振动模态下谱峰处的振动频率；

S3：拟合出在待考察外场不同状态下目标化学键在目标振动模态下的振动频率与参考频率、物性参数的拟合关系式；

其中，若待考察外场为配位场，所述拟合关系式是基于化学键振动频率偏移量的计算公式以及化学键长度和能量在外场作用下的受激弛豫公式，通过构建不同配位数下的目标化学键在目标振动模态下谱峰处的振动频率与参考频率之差的比值来推理的；

若待考察外场不为配位场，所述拟合关系式是基于化学键振动频率偏移量的计算公式以及化学键长度和能量在外场作用下的受激弛豫公式，通过构建在待考察外场下目标化学键在目标振动模态下谱峰处的振动频率与参考频率之差与无外场下目标化学键在目标振动模态下振动频率与参考频率之差的比值来推理的；所述物性参数与待考察外场相匹配；

其中，化学键振动频率偏移量Δω的公式如下：

式中，Δω为化学键振动频率偏移量，其等于化学键的实测振动频率ω与参考频率ω(1)之差，z为原子配位数，μ为振子约化质量，d为化学键长，E为键能，r为化学键长范围内的任意位置，u(r)是振子对应的对势函数；

所述化学键长度和能量在外场作用下的受激弛豫公式如下：