近三相點氮分子固體-液體的低溫紅外吸收特性研究.pdf

1、氮氣是地球大氣中含量最多的氣體，由于其分子內(nèi)三鍵的穩(wěn)定性及低原子數(shù)計算的簡單性使之成為人們研究分子結(jié)構(gòu)性能的理想研究對象之一。氮分子是同核雙原子分子，具有高的對稱性，這導(dǎo)致氮分子在常態(tài)（常溫、常壓、氣態(tài)）下不具有紅外活性。但在低溫凝聚狀態(tài)下，分子間的相互作用將誘導(dǎo)氮分子表現(xiàn)出紅外活性，可以測量其紅外吸收譜。由此可以研究氮分子固體/液體的物理性質(zhì)，探索新的凝聚態(tài)物理現(xiàn)象，從而加深對凝聚態(tài)氮分子物性的認(rèn)識和理解，拓展氮分子紅外吸收特性的應(yīng)用

2、（如：獲知外太空星球表面的溫度等），發(fā)掘氮分子的潛在應(yīng)用價值（如：有研究表明氮分子在超高壓下的原子態(tài)有可能成為一種高能密度材料）。為此，本文就低溫氮分子固體/液體在其三相點附近的紅外吸收特性展開了初步研究。
　　文中涉及到的實驗均建立在中物院激光聚變研究中心自主研制的低溫分子固體/液體制備系統(tǒng)及紅外測試系統(tǒng)上，主要工作內(nèi)容有：
　?。?）氮分子液體的制備及其紅外吸收。實驗研究了在氮分子液體樣品制備過程中由氣態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)變過程

3、，測量了氮分子液體在不同溫度下的紅外吸收譜：發(fā)現(xiàn)隨溫度的降低，吸收強(qiáng)度有增強(qiáng)的趨勢。分析認(rèn)為這是由于溫度降低，氮分子液體的密度增大所致；
　　（2）氮分子固體的制備及其紅外吸收。利用背光成像技術(shù)等表征手段，在氮分子三相點附近，摸索出了得到表面光滑、均勻的氮分子固體的制備工藝，測量了相應(yīng)氮分子固體的紅外吸收譜；采用非諧振動模型計算了氮分子的振轉(zhuǎn)頻率，將得到的基頻振動頻率與實驗值進(jìn)行了比較分析。分析認(rèn)為低溫下氮分子的主要躍遷方式為基頻

4、振動躍遷，同時伴隨低轉(zhuǎn)動態(tài)的躍遷。
　?。?）氮分子在其固體中的振動特性。采用第一性原理計算了氮分子晶體中氮分子的振動頻率，并討論了集體效應(yīng)對氮分子振動頻率的影響。發(fā)現(xiàn)相比于孤立自由氮分子，處于固體中的氮分子振動頻率均發(fā)生藍(lán)移。而且，處于分子固體模型中的所有氮分子的鍵長較孤立自由氮分子的鍵長更短，振動頻率更高；分子周圍近鄰分子越多，其振動頻率越大：內(nèi)部氮分子的振動頻率總是大于表面氮分子的振動頻率，整體來說，頻率大小關(guān)系為v內(nèi)部>v