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在本期，我们开始Raman光谱应力测试系列第八辑：碳纤维中的Raman光谱G峰和2D峰位移。

拉曼光谱在碳纤维增强复合材料（CFRP）的应力测试中具有重要应用，特别是通过测量碳纤维的G峰和2D峰的位移来评估应力状态。

以下我们分享一些具体的研究和应用实例：

1. G峰和2D峰的应力敏感性

• G峰：碳纤维的G峰（约1580 cm⁻¹）对应力非常敏感。在拉伸应力下，G峰会向低波数方向移动。

• 2D峰：2D峰（约2700 cm⁻¹）对拉伸应力的响应更为敏感，其位移量通常大于G峰。

2. 实验案例

• 通过显微拉曼光谱仪研究了M55JB碳纤维/环氧树脂微滴的纤维/基体界面间应力传递行为。实验发现，单纤维的D峰、G峰和2D峰在轴向拉力作用下出现了不同程度的蓝移，其中2D峰对载荷的响应最为敏感。

• Miyagawa等的研究：通过物理气相沉积法在CFRP拉伸试样表面沉积一层PhO作为应力传感器，采用拉曼光谱对碳纤维的横向应变进行测量。研究发现，碳纤维的G峰和2D峰的位移与施加的应变呈线性关系。

3. 应力与拉曼峰位移的关系

• 应力-位移因子：通过校准和标定，可以建立拉曼峰位移与应力之间的定量关系。例如，碳纤维在拉伸应力下G峰向低波数方向移动，2D峰向高波数方向移动，位移量与应力大小呈线性关系。

• 应变分布：拉曼光谱成像技术可以生成复合材料内部应力分布的二维或三维图像，提供直观的应力分布信息。

4. 界面应力传递

• 界面粘合的重要性：良好的界面粘合可以提高材料的机械性能和电学性能。拉曼光谱可以分析碳纤维与聚合物基体之间的界面相互作用，评估界面质量。

• 界面应力传递效率：通过测量纤维/基体界面的拉曼峰位移，可以评估界面应力传递效率，这对于优化复合材料的性能至关重要。

5. 环境影响

• 湿热环境：黄远等的研究表明，碳纤维在湿热环境中的残余应力可以通过拉曼光谱进行表征。研究发现，碳纤维1599 cm⁻¹处的拉曼特征峰在吸湿前后发生移动，对应碳纤维的轴向热残余压应力逐渐向湿热拉应力转变。

6. 应用实例

• 电热作用：电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力有显著影响。实验表明，电流强度的增加会导致界面温度升高，进而影响界面应力和界面性能

• 石墨烯复合材料：在石墨烯复合材料中，G峰和2D峰的位移率与应变方向和晶体取向有关。研究表明，2D峰的位移率在不同方向上有所不同，表明应变方向对特征峰的移动和裂分有重要影响。

拉曼光谱通过测量碳纤维的G峰和2D峰的位移，能够提供高精度、非接触式、无损的应力测量结果。这些研究结果表明，拉曼光谱是评估碳纤维增强复合材料应力状态和界面质量的重要工具，特别适用于需要高精度、微区分析和实时监测的应用场景。