《聚合物研究方法》复习版

聚合物研究

2015/6/9一、X射线分析技术聚合物研究方法1大角X射线衍射法 小角X射线散射法21. X射线基础知识X射线的产生 任何具有足够动能的带电粒子射到金属材料上产生X射线。 X射线管主要由灯丝（阴极）和金属（阳极）组成，如图所示。 灯丝：螺旋状钨丝。灯丝通电加热后发射热电子。 金属阳极：靶。接高压变压器，形成一个高压场，使电子流以极 高速度撞击靶，在撞击点上产生 X射线，向四周辐射。其强度分布在 与靶面约成 6 处为最强。 仅 有百分之 几的电子 动能转 化成 X 射线光能，而大部分撞击靶的电子 动能被转变为热能； 靶内部需通水进行冷却，以免靶受 热熔化。1. X射线基础知识X射线发生器： 封闭（固定靶）X射线管转靶 X射线管1. X射线基础知识X射线的性质 X射线：电磁波，电磁波的分类如图. X射线的的波长范围为0.1～10nm，常用的波长在 0.5～2.5 Å之间。 使用不同的靶材料，产生不同的 X射线波长 ，如钼靶： = 0.7093 Å；铁靶： = 1.757 Å；铜靶： = 1.5406 Å.1. X射线基础知识X射线产生的机理 各壳层具有一定的电子数，K层为2，L层为8，M层为18，N层为 32 。各壳层能级大小的顺序是 K < L < M < …。两相邻层间的能 量差依 K、 L、M、N、…减小。K和L层的能量差最大。 当 K层的电子被击出时，L层电子就会填补进去，L层电子的能量大 于 K层的电子，由此能量差产生的射线称为K 射线；由 M层电子填 补的称为K 射线。其波长由下式决定：En Ek hC k式中： En为 L、M、N等壳层电子的能量； Ek 为 K层电子的能量； h为普朗克常数； C为光速； k 为 K系特征X射线波长。1Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://doc.guandang.net/)

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2015/6/9Bragg方程X射线光束1. X射线基础知识 具有一定的大小和分布，其大小受狭缝的限制。qqAqqd d dBP1 P2 X射线光束在零度的强度极其强，故其不能直接对准探测器。即不能从 0° 开始测试样品。 如果狭缝宽， X射线光束的宽度也就宽，如果试样在“ b”以下角度还有信 息，宽的X射线光束将会掩盖这些信息。 另外，窄的狭缝可提高分辨率。如果试样的衍射强度较弱，可选择宽的狭 缝，使强度增强。O2q任选两相邻面，其光程差 : Δ=AO+BO=2dsin 满足衍射的条件为 Δ=n ，即: 2dsin =n 式中： θ为布拉格角；2θ 为衍射角； n-任意整数(一般为 1), 称衍射级数，d为（hkl）晶面间距，即 dhkl。1. X射线基础知识X射线衍射的分类：（1）广角 X射线衍射 （Wide Angle X-ray Diffraction，简称WAXD）， 测试范围： 2 ：5～100°以上； （2）小角 X射线衍射 （Small Angle X-ray Diffraction，简称SAXD）， 测试范围： 2 ：0.5～8°左右； 以上统称X射线衍射（X-ray Diffraction，简称XRD） （3）小角 X射线散射 （Small Angle X-ray Scattering，简称SAXS）， 测试范围： 2 ：0.05～5°左右。1. X射线基础知识X射线与物质的作用：（ 1）吸收 （ 2）散射 散射 X射线波长与入射 X射线波长相同，即汤姆逊（ Thomson）散射， 又称之为相干散射或弹性散射； 散射 X射线波长比入射 X射线波长稍长，即康普顿（ Compton）散射， 又称之为非相干散射或非弹性散射； 产生荧光 X射线（光电效应产生的特征X射线）。 康普顿散射和荧光X射线不产生干涉效应，仅在散射图谱中呈现连续的 背底，并且康普顿散射的强度随散射角的减小而减弱，可忽略不计。 X射线衍射涉及的理论和实验都是汤姆逊散射。散射波的干涉作用（如 衍射）使散射强度增强或减弱。 样品制备 根据所研究的课题，样品可以是多晶块、片或粉末。 制样一般包括两个步骤： 1、需把样品研磨成适合衍射 实验用的粉末； 2、把样品粉末制成有一个 十分平整平面的试片。如图： 任何一种粉末衍射技术都要求样品是十分细小的粉末颗粒， 保证试样在受光照的体积中有足够多数目的晶粒，只有这样， 才能满足获得正确的粉末衍射图谱数据的条件：即试样受光 照体积中晶粒的取向是完全机遇的。 粉末衍射仪要求样品试片的表面是十分平整的平面。X射线结果影响因素2Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://doc.guandang.net/)

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2015/6/95. X射线衍射在聚合物中的应用 定性相分析 定量相分析 晶胞参数精密测定 晶粒大小 晶面指数的确定1)高聚物的物相分析 a) 晶态和非晶态结构研究分析聚合物是否结晶晶态聚合物：尖峰，基线缓平（ a）；非晶态聚合物： X射线衍射为 漫散射的 “晕环”，钝峰（ b）； 半晶：晶态与非晶态差别明显（ c） 晶相不完整（ d）b）识别晶体类型结晶性聚合物在不同结晶条件下可形成不同晶 型。它们所属晶系及晶胞参数不同。如聚丙烯α、 β、γ、δ四种晶型，它们对聚丙烯材料的性能影响 不同。 结晶类型识别办法是：将待定试样谱图与已知 晶型谱图比较。看试样谱图中是否出现已知晶型 的各衍射峰。C）聚合物材料结构鉴定(identification)物相分析 X射线粉末衍射卡简称“PDF”ASTM(1936)Hanswalt 1936年创立， 1941年由 American society for Testing and materials编 辑推广，其间经历编辑者， 出版人多次变迁，二战停 刊→JCPDS(1963)→ICDD(1992)1992改为现名 ICDD （ International centre for Diffraction data)， 由美，英，法，加拿大， 中国联合编辑由 Joint committee on Powder Diffraction Standards 编辑， 成员： ASTM,英，法，加拿大 等目前为止，共计收录无机化合物约56327种，有机化合物22450种， 且每年增补数据无机化合物约1500种，有机化合物约 500种2) 结晶度的测定两态分明体系的衍射图由两部分简单叠加而成。一部分是 晶态产生的衍射峰，另一部分非晶态产生的弥散隆峰。理论 上推导得出如下的结晶度公式：XC Xc － 质量结晶度IC 100% I C KI a由于峰面积校正需对衍射峰分峰，且校正系数计算麻烦， 所以在对系列样品比较时经常省略校正，而直接以各衍 射峰面积之和Sc及弥散隆峰面积Sa直接代入上式右端， 得到近似结晶度Xc，确切地说它是一种结晶度指数，即： Xc= Sc Sc+SaI c －高聚物样品结晶部分衍射积分强度 I a －高聚物样品非晶部分衍射积分强度 K －高聚物样品结晶和非晶部分单位重量的相对散射系数等规 IPP丝衍射图 无规 APP衍射图3Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://doc.guandang.net/)

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2015/6/92小角X射线散射法3)晶胞参数及微晶尺寸测定 晶体中各周期重复中的等同代表点叫做结点，连接晶体中 的各结点可形成平行六面体型格子，叫做点阵或晶胞。 连接晶胞中相邻结点形成的单位平行六面体，称为单位点 阵或单位晶胞，平行于单胞棱线三个轴，称为晶轴，单胞 的三个轴长 a, b, c及轴间夹角 α, β, γ称为晶胞参数。 研究结构尺寸聚合物亚微观结构 十几埃～两千埃原光束附近很小角度内电子对 X 射线散射现象数据获取 小功率 大功率 同步辐射 几小时 ~10小时 小时 分、秒 点探测器 面探 面探 产生小角散射的体系 小角散射可测定的体系a. 是粒子形状相同，大小 均一 , 稀疏分散随机取 向的稀薄体系. b. 是粒子形状相同, 大小 均一 的稠密体系 . c. 是粒子形状相同，大小 不均一 的稀薄体系 . d. 是粒子形状相同, 大小 不均一的稠密体系 . a’， b’， c’，d’是它们的 互补体系 .产生小角散射典型胶体粒子体系(1)稀粒子 …… 此处隐藏：13932字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……