于宏偉，趙茉含，高佳麗，殷俊榮，辛 暢，劉海月，王鵬程，苑路鑫

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

0 引言

光盤是以光信息作為存儲的載體用來存儲數(shù)據(jù)的一種物品，其是利用激光原理進(jìn)行讀、寫的設(shè)備，是迅速發(fā)展的一種輔助存儲器.光盤的特殊性能與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而光盤的熱穩(wěn)定性同樣是科技工作者所關(guān)心的問題[1，2].紅外光譜（IR）、變溫紅外技術(shù)（TD-IR）以及二維光譜技術(shù)（2D-IR）廣泛應(yīng)用于高分子材料的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究[3-6]，但使用以上技術(shù)對光盤表面材料的研究卻少見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道.筆者采用三級紅外光譜技術(shù)（包括IR，TD-IR和2D-IR）分別開展了光盤表面結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究，為光盤表面材料的結(jié)構(gòu)改性研究進(jìn)行了有意義的科學(xué)嘗試.

1 材料與方法

1.1 材料

所用材料為CD空白光盤（市售）.

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrum 100型中紅外光譜儀（美國PE公司）；ATR-FTIR變溫附件及控件（英國Specac公司）.

1.3 方法

每次實(shí)驗(yàn)以空氣為背景，對于信號進(jìn)行8次掃描累加；測溫范圍303～393 K.IR數(shù)據(jù)獲得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件.2D-IR數(shù)據(jù)獲得采用清華大學(xué)編寫的軟件TD Version 4.2.

2 結(jié)果與分析

2.1 光盤表面材料IR研究

首先開展了光盤表面材料的一維IR的研究，如圖1（a）所示.其中2 968 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于νasCH3-one-dimensional；2 873 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于 νsCH3-one-dimensional；1 770 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于 νC=O-one-dimensional；1602cm-1（δp-benzene-1-one-dimensional），1504cm-1（δp-benzene-2-one-dimensional），1080cm-1（δp-benzene-3-one-dimensional），1014cm-1（δp-benzene-4-one-dimensional）和829cm-1（δp-benzene-5-one-dimensional）頻率處的吸收峰歸屬于νp-benzene-one-dimensional；1387cm-1（δCH3-1-one-dimensional）和1365cm-1（δCH3-2-one-dimensional）頻率處的吸收峰歸屬于δCH3-one-dimensional；1219cm-1（νC—O-1-one-dimensional），1187cm-1（νC—O-2-one-dimensional），1159cm-1（νC—O-3-one-dimensional）和1104 cm-1（νC—O-4-one-dimensional）頻率處的吸收峰歸屬于νC—O-one-dimensional.進(jìn)一步研究了光盤表面材料的二階導(dǎo)數(shù)IR，如圖1（b）所示，其譜圖分辨能力有了一定的提高，其中，1603cm-1（δp-benzene-1-A-second-derivative）和1592cm-1（δp-benzene-1-B-second-derivative）頻率處的吸收峰歸屬于δp-benzene-1-second-derivative.通過研究光盤表面材料的IR數(shù)據(jù)，結(jié)合文獻(xiàn)[7]報(bào)道，最終確定其主要結(jié)構(gòu)為聚碳酸酯，其分子結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖1 光盤表面材料IR（303 K）

圖2 聚碳酸酯的分子結(jié)構(gòu)

2.2 光盤表面材料TD-IR研究

2.2.1 3 000～2 800 cm-1頻率范圍內(nèi)光盤表面材料TD-IR研究

3 000～2 800 cm-1頻率范圍內(nèi)，首先開展了光盤表面材料的一維TD-IR的研究.研究發(fā)現(xiàn)隨著測定溫度的升高，νasCH3-one-dimensional和νsCH3-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了藍(lán)移，相應(yīng)的吸收強(qiáng)度進(jìn)一步增加，見圖3（a）；進(jìn)一步研究了光盤表面材料的二階導(dǎo)數(shù)TD-IR，見圖3（b），其譜圖的分辨能力有了一定的提高，其中

圖3 光盤表面材料TD-IR（3 000～2 800 cm-1）

νasCH3-second-derivative和νsCH3-second-derivative對應(yīng)的肩峰可以很好地進(jìn)行區(qū)分.而隨著測定溫度的升高，光盤表面材料νasCH3-second-derivative和νsCH3-second-derivative的紅外吸收頻率藍(lán)移，而對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度略有下降，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1.研究發(fā)現(xiàn)：光盤表面材料νasCH3和νsCH3的一維TD-IR和二階導(dǎo)數(shù)TD-IR存在著一定的差異，這主要是因?yàn)槎A導(dǎo)數(shù)TD-IR是基于一定的數(shù)學(xué)模型和假設(shè)，其譜圖分辨能力通常要優(yōu)于相應(yīng)的一維TD-IR.

表1 光盤表面材料TD-IR數(shù)據(jù)（303～393 K） 單位：cm-1

2.2.2 1 800～1 500 cm-1頻率范圍內(nèi)光盤表面材料TD-IR研究

在1 800～1 500 cm-1頻率范圍內(nèi)，開展了光盤表面材料的一維TD-IR的研究，見圖4（a）.研究發(fā)現(xiàn)隨著測定溫度的升高，νC=O對應(yīng)的紅外吸收頻率沒有變化，而δp-benzene-1-one-dimensional和δp-benzene-2-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了紅移；隨著測定溫度的升高，νC=O-one-dimensional和δp-benzene-2-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度有所降低，而δp-benzene-1-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度增加.繼續(xù)開展了光盤表面材料的二階導(dǎo)數(shù)TD-IR研究，見圖4（b），其譜圖分辨能力得到了提高，其中δp-benzene-1-second-derivative分裂為δp-benzene-1-A-second-derivative和δp-benzene-1-B-second-derivative兩個紅外吸收峰.研究發(fā)現(xiàn)，隨著測定溫度的升高，νC=O-second-derivative對應(yīng)的吸收頻率沒有發(fā)生改變，而δp-benzene-1-A-second-derivative，δp-benzene-1-B-second-derivative，δp-benzene-2-second-derivative對應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)紅移.隨著測定溫度的升高，νC=O-second-derivatiev，δp-benzene-1-second-derivative和δp-benzene-2-second-derivative對應(yīng)的吸收強(qiáng)度均有所降低，相關(guān)紅外光譜數(shù)據(jù)見表1.

圖4 光盤表面材料TD-IR（1 800～1 500 cm-1）

2.2.3 1 500～1 000 cm-1頻率范圍內(nèi)光盤表面材料TD-IR研究

在1 500～1 000 cm-1頻率范圍內(nèi)，開展了光盤表面材料的一維TD-IR和二階導(dǎo)數(shù)的研究（圖5）.研究發(fā)現(xiàn)，隨著測定溫度的升高，δp-benzene-3-one-dimensional，νC—O-1-one-dimensional和 νC—O-3-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了紅移，νC—O-4-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了藍(lán)移，而 δp-benzene-4-one-dimensional，δCH3-1-one-dimensional，δCH3-2-one-dimensional，νC-O-2-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收頻率沒有發(fā)生變化；隨著測定溫度的升高，光盤表面材料δp-benzene-3-one-dimensional，δp-benzene-4-one-dimensional，νC—O-1-one-dimensional，νC—O-2-one-dimensional和 νC—O-3-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度降低，而 δCH3-1-one-dimensional，δCH3-2-one-dimensional和νC—O-4-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度增加，見圖5（a）.進(jìn)一步研究了光盤表面材料的二階導(dǎo)數(shù)TD-IR，見圖5（b），其譜圖分辨能力有了一定的提高，其中νC—O-4-second-derivativ對應(yīng)的紅外吸收峰得到了很好區(qū)分.隨著測定溫度的升高，光盤表面材料δp-benzene-3-second-derivative對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)紅移，δCH3-2-second-derivative對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)藍(lán)移，而 δp-benzene-4-second-derivative，δCH3-2-second-derivative，νC-O-1-second-derivative，νC—O-2-second-derivative，νC—O-3-second-derivatiev和 νC—O-4-second-derivative對應(yīng)的紅外吸收頻率沒有變化；隨著測定溫度的升高，所有的官能團(tuán)對應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度均有所降低，相關(guān)紅外光譜數(shù)據(jù)見表1.

圖5 光盤表面材料TD-IR（1 500～1 000 cm-1）

2.2.4 900～800 cm-1頻率范圍內(nèi)光盤表面材料TD-IR研究

在900～800 cm-1頻率范圍內(nèi)，開展了光盤表面材料的一維TD-IR的研究，見圖6（a）.研究發(fā)現(xiàn)，隨著測定溫度的升高，光盤表面材料δp-benzene-5-one-dimensional對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了紅移，而相應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度降低.進(jìn)一步開展了光盤表面材料的二階導(dǎo)數(shù)TD-IR研究，見圖6（b），其譜圖分辨能力有了一定的提高，其中δp-benzene-5-second-derivative的肩峰得到了很好的區(qū)分，隨著測定溫度的升高，δp-benzene-5-second-derivative對應(yīng)的頻率發(fā)生了紅移，而相應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度進(jìn)一步降低，相應(yīng)的紅外光譜數(shù)據(jù)見表1.

由表1數(shù)據(jù)可知，光盤表面材料的二階導(dǎo)數(shù)IR的分辨能力要優(yōu)于相應(yīng)的一維IR.因此以二階導(dǎo)數(shù)TD-IR數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步開展光盤表面材料熱穩(wěn)定性的研究.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（表1）：隨著測定溫度的升高，光盤表面材料中大多數(shù)官能團(tuán)對應(yīng)的紅外吸收頻率和峰形沒有顯著變化，但δp-benzene-2對應(yīng)的頻率出現(xiàn)了明顯的紅移，而相應(yīng)的紅外吸收強(qiáng)度進(jìn)一步降低.

2.3 光盤表面材料2D-IR研究

由于光盤表面材料δp-benzene-2對于溫度變化比較敏感，因此以δp-benzene-2為研究對象，進(jìn)一步開展了相關(guān)2D-IR研究.

圖6 光盤表面材料TD-IR（900～800 cm-1）

在1 530～1 480 cm-1頻率范圍內(nèi)，開展了光盤表面材料δp-benzene-2的同步2D-IR的研究，如圖7所示.首先在（1 506 cm-1，1 506 cm-1）和（1 493 cm-1，1 493 cm-1）頻率附近發(fā)現(xiàn)兩個相對強(qiáng)度較大的自動峰，這證明了（1 506cm-1，1506cm-1）和（1493cm-1，1493cm-1）頻率處對應(yīng)官能團(tuán)對溫度變化敏感.此外在（1506cm-1，1493cm-1）頻率處發(fā)現(xiàn) 1 個相對強(qiáng)度較大的交叉峰，證明（1 506 cm-1，1 506 cm-1）和（1 493 cm-1，1 493 cm-1）頻率處對應(yīng)的官能團(tuán)之間存在著較強(qiáng)的分子內(nèi)相互作用.

進(jìn)一步開展了光盤表面材料δp-benzene-2異步2D-IR的研究（圖8）.在（1 493 cm-1，1 506 cm-1）頻率附近發(fā)現(xiàn)1個相對強(qiáng)度較大的交叉峰.光盤表面材料δp-benzene-2的2D-IR光譜數(shù)據(jù)則證明：δp-benzene-2對應(yīng)的吸收頻率包括1 506 cm-1（δp-benzene-2-A）和1 493 cm-1（δp-benzene-2-B）.隨著測定溫度的升高，光盤表面材料δp-benzene-2對應(yīng)的吸收峰變化順序?yàn)? 506 cm-1（δp-benzene-2-A）早于1 493 cm-1（δp-benzene-2-B）.

圖 7 光盤表面材料 δp-benzene-2同步 2D-IR（1 530～1 480 cm-1）.（a）平面圖；（b）立體圖

圖 8 光盤表面材料 δp-benzene-2的異步 2D-IR（1 530～1 480 cm-1）.（a）平面圖；（b）立體圖

3 結(jié)論

采用IR開展了光盤表面材料的結(jié)構(gòu)研究.實(shí)驗(yàn)證明，光盤表面材料主要結(jié)構(gòu)為聚碳酸酯.采用TD-IR和2D-IR進(jìn)一步開展了光盤表面材料熱穩(wěn)定性研究.實(shí)驗(yàn)證明，光盤表面材料δp-benzene-2對應(yīng)的官能團(tuán)對于溫度變化比較敏感.本研究為光盤的使用及存貯提供科學(xué)參考，具有一定的理論研究價(jià)值.