光盘表面材料三级红外光谱研究

于宏伟，赵茉含，高佳丽，殷俊荣，辛 畅，刘海月，王鹏程，苑路鑫

（石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035）

0 引言

光盘是以光信息作为存储的载体用来存储数据的一种物品，其是利用激光原理进行读、写的设备，是迅速发展的一种辅助存储器.光盘的特殊性能与其结构有关，而光盘的热稳定性同样是科技工作者所关心的问题[1，2].红外光谱（IR）、变温红外技术（TD-IR）以及二维光谱技术（2D-IR）广泛应用于高分子材料的结构及热稳定性研究[3-6]，但使用以上技术对光盘表面材料的研究却少见相关文献报道.笔者采用三级红外光谱技术（包括IR，TD-IR和2D-IR）分别开展了光盘表面结构及热稳定性研究，为光盘表面材料的结构改性研究进行了有意义的科学尝试.

1 材料与方法

1.1 材料

所用材料为CD空白光盘（市售）.

1.2 仪器与设备

Spectrum 100型中红外光谱仪（美国PE公司）；ATR-FTIR变温附件及控件（英国Specac公司）.

1.3 方法

每次实验以空气为背景，对于信号进行8次扫描累加；测温范围303～393 K.IR数据获得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作软件.2D-IR数据获得采用清华大学编写的软件TD Version 4.2.

2 结果与分析

2.1 光盘表面材料IR研究

首先开展了光盘表面材料的一维IR的研究，如图1（a）所示.其中2 968 cm-1频率处的吸收峰归属于νasCH3-one-dimensional；2 873 cm-1频率处的吸收峰归属于 νsCH3-one-dimensional；1 770 cm-1频率处的吸收峰归属于 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）频率处的吸收峰归属于νp-benzene-one-dimensional；1387cm-1（δCH3-1-one-dimensional）和1365cm-1（δCH3-2-one-dimensional）频率处的吸收峰归属于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）频率处的吸收峰归属于νC—O-one-dimensional.进一步研究了光盘表面材料的二阶导数IR，如图1（b）所示，其谱图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）频率处的吸收峰归属于δp-benzene-1-second-derivative.通过研究光盘表面材料的IR数据，结合文献[7]报道，最终确定其主要结构为聚碳酸酯，其分子结构如图2所示.

图1 光盘表面材料IR（303 K）

图2 聚碳酸酯的分子结构

2.2 光盘表面材料TD-IR研究

2.2.1 3 000～2 800 cm-1频率范围内光盘表面材料TD-IR研究

3 000～2 800 cm-1频率范围内，首先开展了光盘表面材料的一维TD-IR的研究.研究发现随着测定温度的升高，νasCH3-one-dimensional和νsCH3-one-dimensional对应的红外吸收频率出现了蓝移，相应的吸收强度进一步增加，见图3（a）；进一步研究了光盘表面材料的二阶导数TD-IR，见图3（b），其谱图的分辨能力有了一定的提高，其中

图3 光盘表面材料TD-IR（3 000～2 800 cm-1）

νasCH3-second-derivative和νsCH3-second-derivative对应的肩峰可以很好地进行区分.而随着测定温度的升高，光盘表面材料νasCH3-second-derivative和νsCH3-second-derivative的红外吸收频率蓝移，而对应的红外吸收强度略有下降，相关数据见表1.研究发现：光盘表面材料νasCH3和νsCH3的一维TD-IR和二阶导数TD-IR存在着一定的差异，这主要是因为二阶导数TD-IR是基于一定的数学模型和假设，其谱图分辨能力通常要优于相应的一维TD-IR.

表1 光盘表面材料TD-IR数据（303～393 K） 单位：cm-1

2.2.2 1 800～1 500 cm-1频率范围内光盘表面材料TD-IR研究

在1 800～1 500 cm-1频率范围内，开展了光盘表面材料的一维TD-IR的研究，见图4（a）.研究发现随着测定温度的升高，νC=O对应的红外吸收频率没有变化，而δp-benzene-1-one-dimensional和δp-benzene-2-one-dimensional对应的红外吸收频率出现了红移；随着测定温度的升高，νC=O-one-dimensional和δp-benzene-2-one-dimensional对应的红外吸收强度有所降低，而δp-benzene-1-one-dimensional对应的红外吸收强度增加.继续开展了光盘表面材料的二阶导数TD-IR研究，见图4（b），其谱图分辨能力得到了提高，其中δp-benzene-1-second-derivative分裂为δp-benzene-1-A-second-derivative和δp-benzene-1-B-second-derivative两个红外吸收峰.研究发现，随着测定温度的升高，νC=O-second-derivative对应的吸收频率没有发生改变，而δp-benzene-1-A-second-derivative，δp-benzene-1-B-second-derivative，δp-benzene-2-second-derivative对应的吸收频率出现红移.随着测定温度的升高，νC=O-second-derivatiev，δp-benzene-1-second-derivative和δp-benzene-2-second-derivative对应的吸收强度均有所降低，相关红外光谱数据见表1.

图4 光盘表面材料TD-IR（1 800～1 500 cm-1）

2.2.3 1 500～1 000 cm-1频率范围内光盘表面材料TD-IR研究

在1 500～1 000 cm-1频率范围内，开展了光盘表面材料的一维TD-IR和二阶导数的研究（图5）.研究发现，随着测定温度的升高，δp-benzene-3-one-dimensional，νC—O-1-one-dimensional和 νC—O-3-one-dimensional对应的红外吸收频率出现了红移，νC—O-4-one-dimensional对应的红外吸收频率出现了蓝移，而 δp-benzene-4-one-dimensional，δCH3-1-one-dimensional，δCH3-2-one-dimensional，νC-O-2-one-dimensional对应的红外吸收频率没有发生变化；随着测定温度的升高，光盘表面材料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对应的红外吸收强度降低，而 δCH3-1-one-dimensional，δCH3-2-one-dimensional和νC—O-4-one-dimensional对应的红外吸收强度增加，见图5（a）.进一步研究了光盘表面材料的二阶导数TD-IR，见图5（b），其谱图分辨能力有了一定的提高，其中νC—O-4-second-derivativ对应的红外吸收峰得到了很好区分.随着测定温度的升高，光盘表面材料δp-benzene-3-second-derivative对应的红外吸收频率出现红移，δCH3-2-second-derivative对应的红外吸收频率出现蓝移，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对应的红外吸收频率没有变化；随着测定温度的升高，所有的官能团对应的红外吸收强度均有所降低，相关红外光谱数据见表1.

图5 光盘表面材料TD-IR（1 500～1 000 cm-1）

2.2.4 900～800 cm-1频率范围内光盘表面材料TD-IR研究

在900～800 cm-1频率范围内，开展了光盘表面材料的一维TD-IR的研究，见图6（a）.研究发现，随着测定温度的升高，光盘表面材料δp-benzene-5-one-dimensional对应的红外吸收频率出现了红移，而相应的红外吸收强度降低.进一步开展了光盘表面材料的二阶导数TD-IR研究，见图6（b），其谱图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区分，随着测定温度的升高，δp-benzene-5-second-derivative对应的频率发生了红移，而相应的红外吸收强度进一步降低，相应的红外光谱数据见表1.

由表1数据可知，光盘表面材料的二阶导数IR的分辨能力要优于相应的一维IR.因此以二阶导数TD-IR数据为基础，进一步开展光盘表面材料热稳定性的研究.实验发现（表1）：随着测定温度的升高，光盘表面材料中大多数官能团对应的红外吸收频率和峰形没有显著变化，但δp-benzene-2对应的频率出现了明显的红移，而相应的红外吸收强度进一步降低.

2.3 光盘表面材料2D-IR研究

由于光盘表面材料δp-benzene-2对于温度变化比较敏感，因此以δp-benzene-2为研究对象，进一步开展了相关2D-IR研究.

图6 光盘表面材料TD-IR（900～800 cm-1）

在1 530～1 480 cm-1频率范围内，开展了光盘表面材料δp-benzene-2的同步2D-IR的研究，如图7所示.首先在（1 506 cm-1，1 506 cm-1）和（1 493 cm-1，1 493 cm-1）频率附近发现两个相对强度较大的自动峰，这证明了（1 506cm-1，1506cm-1）和（1493cm-1，1493cm-1）频率处对应官能团对温度变化敏感.此外在（1506cm-1，1493cm-1）频率处发现 1 个相对强度较大的交叉峰，证明（1 506 cm-1，1 506 cm-1）和（1 493 cm-1，1 493 cm-1）频率处对应的官能团之间存在着较强的分子内相互作用.

进一步开展了光盘表面材料δp-benzene-2异步2D-IR的研究（图8）.在（1 493 cm-1，1 506 cm-1）频率附近发现1个相对强度较大的交叉峰.光盘表面材料δp-benzene-2的2D-IR光谱数据则证明：δp-benzene-2对应的吸收频率包括1 506 cm-1（δp-benzene-2-A）和1 493 cm-1（δp-benzene-2-B）.随着测定温度的升高，光盘表面材料δp-benzene-2对应的吸收峰变化顺序为1 506 cm-1（δp-benzene-2-A）早于1 493 cm-1（δp-benzene-2-B）.

图 7 光盘表面材料 δp-benzene-2同步 2D-IR（1 530～1 480 cm-1）.（a）平面图；（b）立体图

图 8 光盘表面材料 δp-benzene-2的异步 2D-IR（1 530～1 480 cm-1）.（a）平面图；（b）立体图

3 结论

采用IR开展了光盘表面材料的结构研究.实验证明，光盘表面材料主要结构为聚碳酸酯.采用TD-IR和2D-IR进一步开展了光盘表面材料热稳定性研究.实验证明，光盘表面材料δp-benzene-2对应的官能团对于温度变化比较敏感.本研究为光盘的使用及存贮提供科学参考，具有一定的理论研究价值.