高分子研究方法--电镜--D2

高分子材料的分析与表征高分子材料是现代工业和科学技术中不可或缺的重要材料之一。

它们可以广泛应用于各种领域，如制造塑料制品、合成纤维和涂料等等。

然而，对于高分子材料的分析与表征是一项相当重要的任务，因为这有助于了解高分子材料的结构性质，从而提高其性能并改进制造工艺。

一、高分子材料的分析高分子材料的分析是指在不影响材料性能的前提下，对材料进行化学和物理性质的分析。

这项工作主要包括材料的成分分析、微观结构分析和宏观性能测试。

其中，对高分子材料成分的分析是最常用的方法，它可以通过化学分析或物理分析来实现。

化学分析常用的方法有红外光谱、核磁共振、质谱和元素分析等等。

红外光谱是一种常用的高分子材料分析方法。

它是一种基于吸收和反射的分析技术，能够分析材料中的基团和官能团。

高分子材料中的不同成分所含有的基团和官能团都是不同的，所以红外光谱可以帮助我们确定材料的成分。

此外，红外光谱还能够检测出材料中的化学键和官能团的类型，从而确定分子结构，为接下来向材料中引入新化学基团提供有用信息。

核磁共振（NMR）是另一种常用的高分子材料分析方法。

它是一种基于磁场和电磁波的分析技术，能够分析材料中的核自旋取向。

在高分子材料中，核自旋的取向会依赖于材料的分子结构和分子环境。

通过核磁共振技术，可以详细地了解材料分子的结构，从而改进材料的性能。

质谱就是一种基于分子质量的分析技术。

它是一种利用分子中原子的质量差异和元素分布来确定分子质量和组成的方法。

高分子材料经过化合反应、生产过程中可能会包含有机溶剂和配料，因此会含有一些未知化合物或杂质。

使用质谱技术可以对这些未知化合物和杂质进行鉴定，准确确定材料的组分。

元素分析主要是用来确定材料中的元素成分。

在高分子材料中，含氮反应物、含氧掺合物和食用和添加剂都可能会影响其性能。

因此，元素分析可以提供重要的信息来评估材料属性和其它的技术应用。

二、高分子材料的表征高分子材料的表征主要是指根据材料的微观形态和结构特征，进行结构表征、形态表征和性质表征，以便更好地了解高分子材料的性质和特性。

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2、（红外）已知某化合物的傅里叶红外光谱图如下所示，已知该化合物化学式为C7H9N，试查阅相关资料，分析相关基团的吸收情况，推测出该化合物的结构，并且说明推断的过程。

（共15分）
3.（NMR）下图是三种尼龙的1H-NMR谱图，表5-4是三种尼龙的NMR峰面积
之比，试分辨出图中(a)、(b)、(c)1H-NMR谱图分别对应的是哪种尼龙？试分析说明理由。

（15）
A B
6、简述紫外吸收光谱法的测试原理。

运用紫外吸收光谱的谱图信息区分下列两对异构体。

（共8分）
A B
7、（GPC）下图为一聚合物的GPC曲线，请比较峰A、B、C的分子量大小并说明原因，比较A、B所对应的分子量分布的宽窄；指出D代表什么峰。

（共8分）
8、医用口罩的主要成分为PP熔喷布,请选用合适的高分子研究方法和相应的仪器,研究熔喷布的成分、结构、热性能，写出研究方法及所研究内容。

（15分）。

⾼分⼦材料研究⽅法作业及答案第⼀章《绪论》习题答案1. 材料的定义?答：⽤以制造有⽤的构件、器件或其它物品的物质。

也可以说是将原料通过物理或化学⽅法加⼯制成的⾦属、⽆机⾮⾦属、有机⾼分⼦和复合材料的固体物质。

它们⼀⽅⾯作为构件、器件或物品的原材料或半成品，如⾦属、有机⾼分⼦、⽊材、⼈造纤维、天然⽯材和某些玻璃等；另⼀⽅⾯可以在某些⼯艺中作为最终产品，如陶瓷和玻璃制品。

2. 材料与⼈类的关系?答：关系密切，⼈类进步的⾥程碑。

（1）当代⽂明的三⼤⽀柱：材料、信息与能源；（2）新技术⾰命的主要标志：新材料、信息技术和⽣物技术。

（3）⼈类⽂明进步的标志：⽯器、青铜器、铁器和蒸汽机时代。

3. 材料的使⽤性能、固有性质、结构组成和合成⽅法之间的关系？答：材料结构与性能的关系：材料的性能是材料内部因素在⼀定的外部因素下的综合反映：材料的固有性质⼤都取决于物质的电⼦结构、原⼦结构和化学键结构。

物质的组成与结构取决于材料的制备和使⽤条件。

4. ⾼分⼦材料研究⽅法的内容有哪些？答：材料结构研究的基本⽅法：任务有三个：成分分析、结构测定和形貌分析。

成分分析：光谱：红外：分析材料的主要基团；⾊谱：分析材料的组成特征；热谱：分析材料的热性能；质谱：分析化合物的分⼦量和元素组成。

结构测定：X-衍射：晶体结构。

举例：蒙脱⼟。

电⼦衍射：测定细微晶体的亚微⽶结构，来分析表⾯或涂层的结构。

中⼦衍射：测定材料的缺陷、空⽳等，还可研究⽣物⼤分⼦在空间的构型。

俄歇电⼦能谱：是⽤⼀束汇聚电⼦束，照射固体后在表⾯附近产⽣了⼆次电⼦。

由于俄歇电⼦在样品浅层表⾯逸出过程中没有能量的损耗，因此从特征能量可以确定样品的元素成分。

图像分析：扫描电镜：分析材料的表⾯形貌；透射电镜：分析材料的颗粒⼤⼩，晶体材料的缺陷等。

第⼆章《红外光谱》习题答案1. 红外光谱可分为哪⼏个区域，各区域的分⼦跃迁类型和适⽤范围?答：如下表格所⽰：近红外中红外远红外分⼦跃迁类型泛频，倍频分⼦振动和转动晶格振动和纯转动适⽤范围有机官能团定量分析分⼦结构分析和样品成分分析⽆机矿物和⾦属有机物2. 红外光谱吸收谱的位置和强度与相应化合物的结构有何关系?答：位置与化合物中的官能团的种类有关；强度与该官能团的数量有关。

1、分析电子衍射与X 衍射有何异同？ 答：相同点：① 都是以满足布拉格方程作为产生衍射的必要条件。

② 两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征上大致相似。

不同点：① 电子波的波长比x 射线短的多，在同样满足布拉格条件时，它的衍射角很小，约为10-2rad 。

而X 射线产生衍射时，其衍射角最大可接近π2。

② 在进行电子衍射操作时采用薄晶样品，增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会，使衍射条件变宽。

③ 因为电子波的波长短，采用爱瓦尔德球图解时，反射球的半径很大，在衍射角θ较小的范围内反射球的球面可以近似地看成是一个平面，从而也可以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。

④ 原子对电子的散射能力远高于它对x 射线的散射能力，故电子衍射束的强度较大，摄取衍射花样时曝光时间仅需数秒钟。

2、倒易点阵与正点阵之间关系如何？倒易点阵与晶体的电子衍射斑点之间有何对应关系？ 答：倒易点阵是与正点阵相对应的量纲为长度倒数的一个三维空间点阵，通过倒易点阵可以把晶体的电子衍射斑点直接解释成晶体相对应晶面的衍射结果，可以认为电子衍射斑点就是与晶体相对应的倒易点阵某一截面上阵点排列的像。

关系：① 倒易矢量g hkl 垂直于正点阵中对应的（hkl ）晶面，或平行于它的法向N hkl ② 倒易点阵中的一个点代表正点阵中的一组晶面③ 倒易矢量的长度等于点阵中的相应晶面间距的倒数，即g hkl =1/d hkl对正交点阵有a规则的平行四边形斑点；B. 同心圆环；C. 晕环；D.不规则斑点。

2、 薄片状晶体的倒易点形状是（ C ）。

A. 尺寸很小的倒易点；B. 尺寸很大的球；C. 有一定长度的倒易杆；D. 倒易圆盘。

3、 当偏离矢量S<0时，倒易点是在厄瓦尔德球的（ A ）。

A. 球面外；B. 球面上；C. 球面内；D. B+C 。

4、 能帮助消除180º不唯一性的复杂衍射花样是（ A ）。

A. 高阶劳厄斑；B. 超结构斑点；C. 二次衍射斑；D. 孪晶斑点。

聚合物改性：通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入无机/有机物质，或将不同高分子聚合物共混，或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、嵌段、交联，或将上述方法联用，以达到使材料的成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善聚合物改性的三个主要目的：①克服聚合物原有的缺点，赋予聚合物某些高新的性能与功能②改善聚合物的加工工艺性能③降低材料的生产成本总之，聚合物改性就是要在聚合物的使用性能、加工性能与生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。

聚合物改性的主要方法：共混改性；填充改性；纤维增强复合材料；化学改性；表面改性1．共混改性：①化学共混、物理共混、物理化学共混物理共混（blend）就是通常意义上的“混合”，简单的机械共混；物理/化学共混（就是通常所称的反应共混）是在物理共混的过程中兼有化学反应，可附属于物理共混；化学共混则包括了接枝、嵌段共聚及聚合物互穿网络（IPN）等，已超出通常意义上的“混合”的范畴，而应列入聚合物化学改性的领域。

②根据物料形态分类：熔融共混、溶液共混、乳液共混熔融共混（最具工业应用价值，绝大多数）是将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混。

优点：①原料准备操作简单。

②熔融时，扩散对流作用激化，强剪切分散作用，相畴较小。

③强剪切及热的作用下，产生一定数量的接枝或嵌段共聚物，促进体系相容性。

溶液共混是将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。

乳液共混是将两种或两种以上的聚合物乳液进行共混的方法。

2．共混物形态的两大体系三种基本类型：均相体系非均相体系：海-岛结构特点（定义）两相体系，且一相为连续相，一相为分散相（更具有价值）海-海结构特点（定义）也是两相体系，但两相皆为连续相，相互贯穿。

3．聚合物共混物均相体系与非均相体系的判定依据：Tg均：两种聚合物共混后，形成的共混物具有单一的Tg；两相体系合物共混后，形成的共混物具有两个Tg。

4．分散度及均一性定义均一性和分散度比较的图2-2分散度是指“海-岛结构”两相体系中分散相物料的破碎程度，用通俗的话说，就是指打得散不散。

生物冷冻电镜的技术及应用随着生物学的发展，现代科学对生物结构和功能的研究已经到达了一个新的高度。

其中，冷冻电镜成为了生物结构研究中不可或缺的重要技术手段。

与传统的电镜技术不同，冷冻电镜技术可以使生物样品在冷冻状态下被固定，不失真和干扰，从而更为准确地观察和研究生物体内各种微观结构，尤其是高分子复合物的结构与互作。

一、冷冻电镜技术的基本原理冷冻电镜技术是通过将生物样品在快速冷冻的状态下迅速固定，避免样品在固化过程中产生化学反应，从而保持了样品在自然状态下的形态结构。

通常，样品的冷冻速度可达到10000-60000℃/s，减少了溶剂结晶对样品的损伤。

电子显微镜可以将冷冻过程的各个环节迅速观察和记录下来，尤其是高分子复合物的高分辨率成像，更好地反映了样品的自然结构。

二、冷冻电镜技术的发展历程冷冻电镜技术自1950年代开始，随着电子显微技术的发展不断完善和改进，鲜明的发展成果已经在现代生物学研究中不可忽视。

1950年代，人们通过旋转模型来模拟生物大分子的三维结构。

60年代初期，Patrick Boyer首次使用冷冻电镜研究鱼的肌肉组织，成功地观察到鱼肌纤维，开创了冷冻电镜领域新的历史篇章。

随后，人们开始使用冷冻技术尝试研究生物样品，1967年，探针技术的出现被认为是冷冻电镜技术具有突破性进展的标志。

1980年代，高分辨率微镜的发明，使得冷冻电镜技术的分辨率被提高到0.2奈米级别。

随着技术的发展，冷冻电镜技术已成为人们研究微生物学、生物医学和生物工程学等领域不可或缺的技术之一。

三、冷冻电镜技术的应用冷冻电镜技术广泛应用于从分子结构到大分子复合物的细胞研究，已经成为各种生物学领域的重要技术手段。

当下，主要的应用领域包括：1、细胞结构研究。

冷冻电镜技术是观察细胞组织和细胞配件的理想手段，可以在非常高的空间解析度下获取细胞超结构的实时图像，增强细胞结构研究的深度和广度。

2、蛋白质与生物大分子的研究。

冷冻电镜技术可直观地观察高级生物大分子的结构，从而使生物高分子结构和功能的研究更加精确和深入。

电镜基础知识与原理1、电子束照射到样品上，电子与物质作用： 使电子改变运动方向，称为散射；电子只改变运动方向，不改变能量，称为弹性散射； 既改变运动方向，又改变能量，称为非弹性散射。

2、透射电子显微镜（TEM ）的磁透镜包括：长磁透镜、短磁透镜、极靴透镜长磁透镜：像的每一点都与磁力线平行，M=1，没有放大作用，焦距长；短磁透镜：a 、短磁透镜为会聚透镜；b 、透镜光焦度1/f 与(IN)2成正比；c 、焦距 f 与加速电压U （即电子速度）有关，电子速度越大，焦距越长。

3、理想成象的条件：a 、场分布严格轴对称；b 、满足傍轴条件； c 、电子初速度相等。

4、景深与焦深：景深(Df )：试样在物平面沿轴前后移动而不使分辨率下降的距离（2∆L ），即物的空间距离。

焦深(DL )象平面沿轴前后移动而不使成象分辨率降低的距离（2∆LM2），即象的空间距离，M5、电镜的象差中球差、畸变、像散称为几何像差，倍率色差和旋转色差称为色差。

球差系数Cs 恒大于零，透镜强度越大，Cs 越小。

球差与分辨率的关系： Cs ——球差系数，α0——孔径角。

tga 0 <<1 畸变：当电子束不满足傍轴条件时，主要在中间镜和投影镜发生畸变。

像散：由于极靴加工精度的影响，使得磁场非对称，导致像在一个方向加长，另一个方向变短。

解决办法：加消像散器色差：由电子束能量宽度决定，包括倍率色差和旋转色差。

6、透射电镜成像的三个要素：分辨率（分辨能力）、衬度、放大倍数（1）分辨率（分辨能力）：能分清两个点的中心距离的最小尺寸。

a 、人眼分辨能力：约b 、光学显微镜的分辨率δ——分辨率；λ——可见光波长； n sin α——透镜孔径值c 、电子显微镜的分辨率：BCs B ——常数，一般在0.43 ~ 0.65之间。

A 、TEM 分辨率的影响因素：δ=BCs ¼λ¾B ——常数，Cs ——球差系数球差、光波波长决定了TEM 的分辨率，提高电子束的加速电压，减小电子束的波长，降低球差、色差对分辨率的影响；同时影响其分辨率的因素还有：灯丝的形状：双聚光镜的第一聚光镜要求为强透镜，而第二聚光镜为弱透镜。

实验一热塑性塑料熔融指数的测定一、实验目的1、测定高压聚乙烯的熔融指数；2、了解热塑性塑料在熔融状态时的流动黏性及其重要性；3、熟悉测定塑料熔体流动指数的原理及操作。

二、实验原理衡量高聚物流动性难易程度的指标有: 熔融指数、表观黏度、流动长度等多种方法。

这里介绍熔融指数。

熔融指数是指热塑性高聚物在规定的温度、压力条件下, 塑料熔体每10min通过标准口模的质量或体积, 习惯用MFR（MI）或MVR表示。

在塑料成型加工中, 熔融指数是用来衡量熔体流动性的一个重要指标, 其测试仪器通常称为熔体流动速率测试仪（熔融指数仪）。

对一定结构的塑料熔体, 可用MI来比较其相对分子质量的大小, MI越小, 其相对分子质量越高, 反之MI越大, 其相对分子量越小, 说明它的流动性越好, 其加工性能就相应好一些, 但其它性能如断裂强度、硬度、耐老化稳定性等将差一些。

此法测定熔体流动速率简便易行, 对材料的选择和成型工艺条件的确定有其重要的实用价值, 工业生产上得到广泛采用。

三、实验仪器与材料1、试样: ABS粉料或颗粒, 测试前进行干燥处理仪器：塑料熔体流动速率测试仪, 天平, 秒表, 装料漏斗, 锋利刮刀, 玻璃镜, 液体石蜡, 绸布和棉砂, 镊子, 清洗杆和铜丝。

四、实验步骤1、准备。

熟悉仪器结构和操作规程。

接通电源, 选择测试条件, 安装好口模, 在料筒插入料杆。

调节加热控制系统使温度达到要求温度, 恒温至少15min。

加料。

取出料杆将试料加入料筒, 把料杆再插入料筒并压紧试料, 预热4min使炉温回复至要求温度。

2、注意: 取出料杆后置于耐高温物体上, 避免料杆头部与其它坚硬物体碰撞；3、切勿用料杆去压紧物料, 避免损伤；4、在料杆顶托盘上加上砝码, 随即用手轻轻压下, 促使料杆在1min内降至下环形标记距料筒口5-10mm处。

待料杆（不用手）继续降至下环形标记与料筒口相平行时, 切除已流出的样条, 并按规定的切样时间间隔开始切样, 保留连续切取的无气泡样条三个。

高分子研究方法题库1 在对聚合物进行各种光谱分析时，红外光谱主要来源于分子振动－转动能级间的跃迁；紫外-可见光谱主要来源于分子的电子能级间的跃迁；核磁共振谱主要来源于置于磁场中的原子核能级间的跃迁，它们实际上都是吸收光谱。

2、SEM 和TEM的三要素是分辨率、放大倍数、衬度。

2、在有机化合物中，解析谱图的三要素为谱峰的位置、形状和强度。

2 苯、乙烯、乙炔、甲醛，其1H化学位移值最大的是甲醛，最小的是乙炔，13C的化学位移值最大的是甲醛最小的是乙炔。

4、紫外光谱主要决定于分子中发色和助色基团的特性，而不是整个分子的特性。

3 差示扫描量热仪分功率补偿型和热流型两种。

第107页4 产生核磁共振的首要条件是核自旋时要有磁距产生。

5 当原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应磁场，核外电子对原子核的这种作用就是屏蔽作用.6 分子振动可分为伸缩振动，弯曲振动7 傅里叶红外光声光谱英文简称为FTIR-PAS.P288 干涉仪由光源，定镜，分束器，检测器等几个主要部分组成。

P199 高聚物的力学性能主要是测定材料的强度和模量以及变形.10 共混物的制样方法有流延薄膜法热压薄膜法溴化钾压片法P1111 光声探测器和红外光谱技术结合即为红外声光谱技术. P2712 核磁共振普与红外、紫外一样，实际上都是吸收光谱。

红外光谱来源于分子振动-转动能级间的跃迁，紫外-可见吸收光谱来源于分子的电子能级间的跃迁。

[P46]13 核磁共振谱图上谱峰发生分裂，分裂峰数是由相邻碳原子上的氢数决定的，若分裂峰数为n，则邻碳原子氢数为n-1。

P5015 红外光谱在聚合物研究中占有十分重要的位置，能对聚合物的化学性质、立体结构、构象、序态、取向等提供定性和定量的信息。

P616 红外光谱中，波动的几个参数为波长、频率、波数和光速。

17 红外光谱中，在1300~1400cm，基团和频率的对应关系比较明确，这对确定化合物中的官能团很有帮助，称为官能团区．18 红外活性振动能引起分子偶极矩变化Ｐ８19 红外区是电磁总谱中的一部分，波长在0.7~1000之间。

《高分子物理》标准化作业本参考答案沈阳化工学院材料科学与工程学院《高分子物理》课程组第一章 高分子链的结构一、 概念1、构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

2、由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫构象。

3、均方末端距：高分子链的两个末端的直线距离的平方的平均值。

4、链段：链段是由若干个键组成的一段链作为一个独立动动的单元，是高分子链中能够独立运动的最小单位。

5、全同立构：取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。

6、无规立构：当取代基在主链平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构体单元完全无规键接而成。

二、选择答案1、高分子科学诺贝尔奖获得者中，（ A ）首先把“高分子”这个概念引进科学领域。

A 、H. Staudinger,B 、, ,C 、P. J. Flory,D 、H. Shirakawa2、下列聚合物中，（ A ）是聚异戊二烯(PI)。

A 、 CCH 2n CH CH 2CH 3B 、O C NH O C NH C 6H 4C 6H 4n C 、 CH Cl CH 2n D 、OC CH CH O O n O C3、下列聚合物中，不属于碳链高分子的是（ D ）。

A 、聚甲基丙烯酸甲酯，B 、聚氯乙烯，C 、聚乙烯，D 、聚酰胺4、下列四种聚合物中，不存在旋光异构和几何异构的为（ B ）。

A 、聚丙烯，B 、聚异丁烯，C 、聚丁二烯，D 、聚苯乙烯5、下列说法，表述正确的是（ A ）。

A 、工程塑料ABS 树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。

B 、ABS 树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀，可提高制品拉伸强度和硬度。

C 、ABS 树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性，可改善冲击强度。

D 、ABS 树脂中丙烯腈组分利于高温流动性，便于加工。

6、下列四种聚合物中，链柔顺性最好的是（ C ）。

A 、聚氯乙烯，B 、聚氯丁二烯，C 、顺式聚丁二烯，D 、反式聚丁二烯7、在下列四种聚合物的晶体结构中，其分子链构象为H31螺旋构象为（ B ）。