傅立葉紅外光譜（Fourier Transform Infrared Spectroscopy?FTIR）是一種通過測量物質(zhì)與紅外輻射的相互作用來分析樣品的技術(shù)?其原理基于分子在吸收紅外光時會發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動?每種分子都有一組特定的振動頻率?因此每種化學(xué)物質(zhì)都有其獨特的紅外光譜圖譜。FTIR 的工作原理是利用干涉儀將樣品產(chǎn)生的紅外光分解成不同頻率的組分?然后通過傅立葉變換將這些組分轉(zhuǎn)換為頻譜?這樣可以獲得樣品的紅外光譜圖譜?進而確定樣品中存在的化學(xué)成分和它們的相對含量。[1]

傅里葉紅外光譜（FTIR）可以測試許多樣品的性能和特性?可以用于以下幾個方面￤

1．在化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)分析中?FTIR 可以確定樣品中的化學(xué)成分?官能團和化學(xué)鍵的類型?數(shù)量和結(jié)構(gòu)?這對于確定未知樣品的組成或確認已知化合物的純度都非常有用?

2．在功能性群檢測中?通過檢測樣品中存在的特定官能團?FTIR 可以幫助確定樣品的功能性群?如羥基?羰基?醇基等?這對于確定樣品的性質(zhì)和用途至關(guān)重要?

3．在質(zhì)量控制中?FTIR 可以用于對產(chǎn)品進行質(zhì)量控制?例如藥品?食品?聚合物和化工產(chǎn)品等?通過與標(biāo)準(zhǔn)光譜進行比較?可以確定產(chǎn)品的質(zhì)量是否符合要求?

4．在結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究中?FTIR 可以提供關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)?形態(tài)?晶型和相變等方面的信息?這對于研究材料的性質(zhì)和應(yīng)用具有重要意義?

5．在反應(yīng)動力學(xué)研究中?通過監(jiān)測反應(yīng)過程中化學(xué)鍵的變化?FTIR 可以用于研究化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)?機理和速率常數(shù)等?

而在冷熱臺低溫或變溫條件下進行 FTIR 測試有以下好處： 低溫下可以觀察樣品的相變行為?如冷凍?凝固?結(jié)晶等?從而更全面地了解樣品的性質(zhì)?變溫條件下可以研究樣品在不同溫度下的紅外光譜變化?從而了解樣品的熱穩(wěn)定性?反應(yīng)動力學(xué)和熱解特性?低溫下可以減少樣品的熱運動?從而使得紅外光譜中的峰更為清晰?有助于準(zhǔn)確識別樣品中的功能性群和化學(xué)鍵?此外?對于液態(tài)樣品?在低溫下可以將其凍結(jié)?從而固定樣品的結(jié)構(gòu)?避免在測試過程中發(fā)生變化?保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性?

因此?低溫或變溫條件下的FTIR測試可以應(yīng)用于化學(xué)分析?材料科學(xué)?制藥工業(yè)?食品和農(nóng)業(yè)?環(huán)境監(jiān)測?生命科學(xué)?醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域?

鈣鈦礦錳氧化物的輻射調(diào)控研究為例?全球氣候變化引發(fā)的氣候和能源危機?以及我國承諾實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)?使得近年來低碳排放的替代技術(shù)受到廣泛關(guān)注?被動輻射冷卻（PRC）技術(shù)因其無需能量輸入?通過大氣透射窗口傳遞熱量至空間?成為研究熱點?此外?可再生熱能和冷能資源亦備受矚目?在熱能利用方面?已研發(fā)出超材料?光子晶體?多層金屬/陶瓷薄膜等選擇性吸收材料?對于冷能利用?被動夜間輻射冷卻已廣泛研究?隨著材料技術(shù)的發(fā)展?被動日間輻射冷卻近年來亦備受關(guān)注?然而?這些材料的輻射能量收集均為靜態(tài)方式?因此?研發(fā)連續(xù)?高效的熱能和冷能獲取智能集成系統(tǒng)顯得尤為重要?W.  Du等[2]人提出了一種自適應(yīng)智能集成熱能和冷能獲取的輻射調(diào)控材料?該材料能在夜間實現(xiàn)被動輻射冷卻?白天則實現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換?無需外部干預(yù)?實現(xiàn)了智能集成熱能和冷能獲取的連續(xù)?高效?無需外部干預(yù)的特點?為解決全球能源和環(huán)境問題提供了新思路?作者通過制備氧化物陶瓷薄膜?包括氧化鑭鍶錳（LSMO）和氧化銦錫（ITO）薄膜?測量了薄膜在紅外波段在不同溫度下的反射率和吸收率?如圖1所示?

圖1 鈣鈦礦器件的熱輻射特性曲線包括紅外反射光譜曲線(a)和紅外發(fā)射率曲線(b)

在該研究中?紅外光譜儀主要用于測量和分析摻雜的鈣鈦礦錳氧化物的光學(xué)特性?特別是在不同溫度下的變化?這種儀器通過測量物體對紅外光的吸收或反射?可以揭示出物質(zhì)內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵信息?在變溫下的測試?紅外光譜儀可以觀察到鈣鈦礦錳氧化物從鐵磁金屬態(tài)到順磁絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變過程?隨著溫度的變化?這種材料的反射光譜也會發(fā)生變化?這反映了其內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化?通過紅外光譜儀的測量?可以精確地跟蹤這些變化?從而理解材料的物理性質(zhì)和行為?因此?紅外光譜儀在鈣鈦礦錳氧化物的研究中起到了關(guān)鍵的作用?它提供了關(guān)于材料光學(xué)特性和電子結(jié)構(gòu)的重要信息?有助于我們更深入地理解這種材料的物理性質(zhì)和應(yīng)用潛力?

為實現(xiàn)低溫/變溫場景的測試?武漢光谷薄膜可提供全套解決方案?通過冷熱臺（HCS-1L）和傅里葉紅外光譜儀的光路匹配設(shè)計?保持原有光學(xué)測試的完整性?又實現(xiàn)樣品在78-800K的可控范圍內(nèi)?

冷熱臺（HCS-1L）是能夠提供很好的溫度梯度和高穩(wěn)定性的溫度場?具有78--800K的寬溫度范圍?0.1K的高精度控溫等特性?并可以為客戶設(shè)計定制化樣品臺?匹配客戶檢測設(shè)備?可實現(xiàn)在低溫下或變溫下電學(xué)?磁學(xué)?電磁學(xué)?光學(xué)?光電學(xué)?熱力學(xué)?力學(xué)?聲學(xué)等性能測試?

[1] 邱穎, 陳兵, 賈東升. 紅外光譜技術(shù)應(yīng)用的進展[J]. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊, 2008, 27(B06): 23-26.

[2] Du W, Fan D, Fan J. Thermally and electrically tunable infrared perovskite devices for alternatively cooling and heat energy harvesting[J]. Ceramics International, 2024, 50(7): 10667-10675.