[发明专利]一种测量短碳纳米管直径和长度的光散射装置及方法

权利要求书

1.一种测量短碳纳米管直径和长度的光散射装置，其特征在于，氦氖激光器（1）作为光源，发出的光通过格林-泰勒棱镜（2）变成垂直方向的线偏振激光；入射线偏振激光经平面镜（3）反射，经透镜（4）聚焦后照射在样品池内的颗粒样品上，被激光束照射的样品颗粒产生的90度方向的散射光依次进入两个正对的小孔（6、7）；渥拉斯顿棱镜（8）将散射光分解为垂直方向偏振散射光和水平方向偏振散射光；两个光电倍增管（9、10）分别接收两个方向的偏振散射光，并将测得的光信号转换成TTL脉冲电压信号后送入数学相关器。

2.一种测量短碳纳米管直径和长度的光散射方法，其特征在于，方法包括如下具体步骤：

1)用氦氖激光器（1）作为光源，通过格林-泰勒棱镜（2）变成垂直方向的线偏振激光；

2)入射线偏振激光经平面镜（3）反射，经透镜（4）聚焦后照射在样品池（5）内的颗粒样品上，被激光束照射的样品颗粒产生的90度方向的散射光依次进入两个正对的小孔（6、7）；

3)渥拉斯顿棱镜（8）将散射光分解为垂直方向偏振散射光和水平方向偏振散射光；

4) 两个光电倍增管（9、10）分别对两个方向的偏振散射光进行检测，将测得的光信号转换成TTL脉冲电压信号，将信号送入数学相关器（11）；

5)数字相关器（11）根据脉冲信号分别计算出该散射角度下的垂直方向和水平方向的散射光强自相关函数，其表达式为：

 ，式中，i为第i个散射角度，和分别为垂直方向和水平方向的散射光强自相关函数，Γ_VVi和Γ_VHi分别为垂直方向和水平方向的Rayleigh线宽，它和平动扩散系数D_T、滚动扩散系数D_R以及散射矢量q有如下关系式：

 ，数字相关器（11）再根据自相关函数拟合出自相关曲线，从而计算出D_T和D_R，它们与短碳纳米管的直径d和长度l满足如下公式：

，其中k_B为Boltzman常数，T为绝对温度，η为溶液粘度，d为短碳纳米管直径，l为短碳纳米管长度，由公式得到待测短碳纳米管的直径和长度；

6)移动平面镜改变激光在样品池内的入射角度，重复1）～5）步骤，得到不同测量角度下的多组测量值，剔除其中明显不同的数据，对剩下的数据求平均，得到最终待测短碳纳米管的直径和长度。