聚合物表征与测试4.XRD2015

1.在涉及高聚物力学行为的场合下，必须同时考虑应变、应力、温度、时间四个参数。

2.测定链结构的方法：X射线衍射法（大角），电子衍射法，紫外吸收光谱，红外吸收光谱，拉曼光谱，核磁共振法，荧光光谱，旋光分光法，电子能谱。

3.测定聚集态结构的方法：X射线小角散射，电子衍射法，电子显微镜（TEM、SEM），原子力显微镜。

4.测定结晶度的方法：X射线衍射法，电子衍射法，核磁共振吸收（宽线），红外吸收光谱，密度法，热分析法。

5.高聚物本身从某种模式分子运动状态改变到另一种平衡模式分子运动的状态，这就是转变，或称松弛。

6.测定体积的变化：膨胀计法，折射系数测定法测定热学性质的方法：差热分析法（DTA），差示扫描量热法（DSC）测定力学性质的变化的方法：热机械法，应力松弛法测定电磁效应：介电松弛，核磁共振第一章波谱分析1.中红外区，波长：2um~25um；运动形式：分子基频振动；光谱法：红外光谱第二章红外光谱IR（分子振动-转动光谱）1.红外光区在电磁总谱中指波长在750nm~1000um的区域。

分成近红外区，中红外区，远红外区。

2.复杂分子的简正振动分为两类：伸缩振动和弯曲振动伸缩：指原子沿着键轴方向伸缩使键长发生变化的振动方式。

特点：键长变化，键角基本不变弯曲振动：变形振动。

特点：键长不变化，键角发生变化（周期性）3.红外光谱两种表示方法。

（横坐标相同，纵坐标不同）a．记录原始光强在通过样品后透过光的强度变化百分比（透过率T）b．记录样品吸收的红外光强度（吸光度A）T=I/I0³100% A=lg1/T=lgI0/I I0：入射光强度 I：透过光强度4.通常把能代表某种基团存在并有较高强度的吸收峰称为基团的特征吸收峰，此峰所在的频率称为基团的特征吸收频率。

P11表2-1！5.聚合物的红外光谱图能反应：①聚合物结构单元的化学组成，单体之间的连接方式；②特殊结构如支化，交联及序列分布6.制样方法：溶液流延薄膜法，热压薄膜法（用于聚烯烃），溴化钾压片法（粉末状），切片法，可拆卸液体池法（低聚物，有机物）7.影响吸收谱带位移的内部因素a．诱导效应（I效应）与电负性有关b．共轭效应（C效应）吸收频率低c．氢键效应伸缩振动：作用越强，吸收频率下降，谱带变宽；弯曲振动：氢键形成，吸收频率升高，谱带变窄d．偶合效应分子内两个基团位置很近，振动频率很近，发生振动偶合8.影响谱图质量因素：仪器参数的影响，环境因素。

聚合物光、电、磁性能的表征| [<<][>>]用途对电磁波（光、电、磁）而言，传统上认为聚合物仅是惰性的绝缘材料，不导电，不导磁，对光也仅是吸收透过和反射，不会对电磁波产生影响。

随着科学技术的发展，逐渐出现了导电高分子化合物，导磁高分子化合物和对光波有调制作用的非线性高分子化合物。

这些新高分子化合物的出现，引起人们对高分子聚合物用作光、电、磁材料产生了兴趣。

为了探讨高分子聚合物在光、电、磁等信息领域的应用，产生了对高分子化合物光、电、磁性能表征的需要。

目前，对高分子光、电、磁性能的表征，主要是表征下述一些参数：光学性能：透光率，折光指数（n），非线性光学性质（二阶、三阶极化系数，倍频系数（d），线性电光系数（r），折光指数变化系数（n2）等）；电性能：电导率（σ），电阻率（ρ），电阻的温度系数，电致发光性能，介电常数（ε＇），介电损耗ε＂（或复数介电常数ε，ε＝ε＇＋jε＂）等；磁性能：磁导率（μ＇），磁损耗μ＂（或复数磁导率μ，μ＝μ＇＋jμ＂）磁滞曲线等。

由于水平所限，这里只收集了部分的表征方法，希望能起到抛砖引玉的作用，盼有关学者能协助补充其他性能的表征方法。

表征方法及原理（1）油浸法测聚合物纤维的折射率采用偏光显微镜观测浸于油中的纤维，“浸油”是用阿贝折光仪已测得折光指数的油剂，变换不同折光指数的油剂浸泡纤维，用偏光显微镜来观测，直至偏光显微镜目镜中不再出现纤维和浸油界面因折射率不同而出现的黑线带（称贝克线）为止，这时浸油的折光指数就是纤维在某一个方向的折光指数（例称为n││）。

再旋转载物台9 0度，如上方法测定纤维在垂直前一方向的折光指数（例称为n┴）。

如此，即可得到纤维状聚合物在二个不同方向上的折光指数。

（聚合物成纤时，纤维内部高分子有取向产生，因此出现双折射现象）。

（2）聚合物电阻率（ρ）、电导率（σ）的测量对高聚物的导电性能表征，常常需要分别表征表面导电性能和体积导电性能，即表面电阻率（ρs）（表面电导率σs），和体积电阻率ρv（体积电导率σv）。

X射线衍射实验报告实验名称: X射线衍射仪操作与物相定性分析一、实验目的。

1、熟悉X射线衍射仪的基本结构和工作原理；2、基本学会样品测试过程；3、掌握利用衍射图进行物相定性分析的方法；4、熟悉用PDF(ASTM)卡片及索引对多相物质进行相分析。

二、实验步骤。

（一）认识DX-2700型X射线衍射仪的基本结构。

X射线衍射仪一般由X射线发生器，测角仪，计数器，数据处理系统等部分组成。

（二）实验参数的选择。

1、X光管靶材料的选择。

2、X光管的管压和管流的选择。

3、滤波片的选择。

4、狭逢参数的选择。

5、时间常数。

6、扫描速度选择。

（三）样品准备。

包括：粉末样品制备；固体样品制备；薄膜样品制备。

（四）操作规程步骤。

1、首先打开实验室仪器房电源开关，打开仪器稳压电源开关。

启动循环水电源开关。

2、打开计算机。

3、开X射线衍射仪。

4、放置样品。

5、开始测量。

6、关机。

（五）X射线的物相分析。

1、了解物相分析的依据。

2、利用Jade软件进行物相分析。

3、计算d值，标出衍射线对应的晶面指数。

三、实验报告要求。

（操作通常的实验报告格式）基本内容应包括如下几部分。

1、DX-2700型X射线衍射仪的主要组成及其工作原理。

2、DX-2700型X射线衍射仪主要实验参数及设置。

3、试样准备过程及步骤。

4、DX-2700型X射线衍射仪的操作步骤。

5、X射线物相分析的主要步骤（针对实验中的具体试样进行分析）。

6、物相分析结果解释（包括如何使用Jade软件及步骤）。

7、回答以下几个问题：解释晶体和非晶体；衍射现象；粉晶X射线衍射原理；连续谱概念及产生机理；特征谱概念及产生机理；解释布拉格方程及其物理意义；说明粉末X射线衍射仪工作原理（用文字叙述）；说明粉末X射线衍射仪主要性能指标；解释X射线的产生机理。

聚合物表征与测试方法先说说啥是聚合物表征呢？简单来讲，就像是给聚合物做个全面“体检”，搞清楚它到底是啥样的。

那为啥要做这个表征呢？这就好比你找对象，得先了解对方的各种情况一样。

对于聚合物，我们得知道它的分子结构、分子量大小之类的重要信息。

咱先聊聊分子量的测试方法。

有个叫凝胶渗透色谱（GPC）的家伙，可神奇啦。

它就像是一个筛子，把不同大小的聚合物分子按照个头大小给分开，然后就能算出分子量啦。

这就像把一群小动物按照体型大小排队一样有趣呢。

还有端基分析法，通过测定聚合物分子链末端的基团数量，也能推算出分子量，就像数着一串珠子的两端来估摸珠子的总数。

再说说结构表征吧。

红外光谱（IR）就像是聚合物的“声音”。

不同的化学键在红外光下会发出不同的“声音”，也就是吸收不同频率的光。

我们通过听这些“声音”，就能知道聚合物里有哪些化学键，就像听一个人说话的口音能判断他是哪里人一样。

核磁共振（NMR）也很厉害，它能深入到聚合物分子内部，告诉你每个原子周围的环境是啥样的，就像给分子内部来个超级详细的“家访”。

还有热分析方法呢。

热重分析（TGA）就像是给聚合物“烤一烤”，看它在加热过程中重量怎么变化。

如果在某个温度下聚合物突然变轻了很多，那就说明它在这个温度可能发生了分解之类的反应。

差示扫描量热法（DSC）也很有趣，它能测量聚合物在加热或者冷却过程中吸收或者放出热量的情况，就像知道一个人在不同温度下是怕冷还是怕热一样。

另外，还有像X - 射线衍射（XRD）这种方法，可以用来研究聚合物的晶体结构。

如果聚合物是晶体，那XRD就能像照X光一样，把它内部的晶体结构给显示出来，就像看一个精心搭建的积木城堡内部的结构一样。

Xrd在聚合物结构检测中的应用X射线衍射技术在聚合物结构检测中的应用摘要：X射线衍射法是研究聚合物结构的主要手段之一。

本文首先介绍了X射线衍射仪和X射线的产生过程。

当在真空管中的两极之间加上高电压时，阳极靶材中的内层电子发生跃迁从而产生X射线。

介绍了X射线衍射产生的基本原理和X射线衍射的实验方法，论述了X射线衍射技术在聚合物定性检测方面的应用。

关键词：X射线；衍射；聚合物；结晶性1. 引言X射线的衍射现象起因于相干散射线的干涉作用。

当一束X射线照射到晶体上时，出于晶体是由原子有规则排列成的晶胞所组成，而这些有规则排列的原子间距离与入射X射线波长具有相同数量级，故由不同原子散射的X射线会相互干涉叠加，在某些特殊方向上产生强的X射线衍射。

衍射方向与晶胞形状及大小有关，衍射强度则与晶胞方式有关。

由此可以通过衍射现象来分析晶体内部结构的诸多问题。

另外，X射线衍射对于液体和非晶态固体也能提供许多重要数据。

可以说X射线衍射是探索物质微观结构及结构缺陷等问题的有力工具。

自1912年德国物理学家劳厄从理论上预测并用实验证实了X射线射到晶体上能发生衍射现象，并推导出劳厄衍射方程以来，X射线衍射技术发展很快。

1923年赫维西提出了应用X 射线荧光光谱进行元素的定量分析，但由于受到当时检测技术水平的限制，该法并末得到实际应用，直到20世纪40年代后期，随着X射线管和分光技术的改进，X射线荧光分析才开始进入蓬勃发展的时期，成为一种极为重要的分析手段。

目前X射线衍射、X射线荧光技术已广泛应用于化学、材料科学、矿物学、生物学等各个领域，也可以作为当前高分子材料剖析中基本和重要的测试技术。

2. X射线衍射原理2.1 X射线衍射仪器结构传统的衍射仪由X射线发生器、测角仪、检测器、记录仪等几部分组成。

图1是目前常用的热电子密封式X射线管的示意图。

阴极由钨丝绕成螺线形，工作时通电至白热状态。

由于阴阳极间有几十千伏的电压，故热电子以高速撞击阳极靶面。

聚合物材料取向度的测试方法简述聚合物材料的取向度是指分子链或晶格结构在空间中的排列方向和程度。

取向度对于聚合物材料的性能和加工过程具有重要影响，因此对聚合物材料的取向度进行测试是非常重要的。

目前常用的测试方法有X射线衍射法、红外吸收光谱法、拉曼光谱法和偏光显微镜法等，这些方法均可以通过测定材料在不同方向上的物理性能变化来评估材料的取向度。

下面将简要介绍几种常用的测试方法：1. X射线衍射法X射线衍射法是一种用来测定材料结晶结构的方法。

通过照射材料表面，并测定X射线在不同角度上经过材料后的衍射图样，可以得到材料的晶体结构的信息，包括晶格常数、晶体取向和结晶度等。

X射线衍射法是一种精确的测试方法，可以用于评估聚合物材料的晶体取向度。

2. 红外吸收光谱法红外吸收光谱法是通过测定分子振动谱图来分析材料的取向度。

聚合物材料中不同取向度的分子链会导致不同的振动频率和吸收峰的强度。

通过分析吸收光谱图，可以定量评估聚合物材料的取向度。

这种方法简单易行，可以在常规实验室条件下进行。

4. 偏光显微镜法偏光显微镜法是一种直观的观察材料取向度的方法。

通过将聚合物材料置于偏光显微镜下观察，可以直接看到材料内部的结构排列情况。

这种方法简单直观，可以用于快速评估材料的取向度。

除了上述方法外，还有一些其他的测试方法，例如透射电镜法、磁旋转法等，这些方法也可以用于评估聚合物材料的取向度。

值得注意的是，不同的测试方法有其适用的范围和精度，选用合适的测试方法对于准确评估聚合物材料的取向度是非常重要的。

对于聚合物材料的取向度测试是非常重要的，可以通过测定材料在不同方向上的物理性能变化来评估材料的取向度。

有了对材料取向度的准确评估，可以更好地了解材料的结构和性能，为材料的设计和加工提供重要参考。

334现代企业教育MODEＲN ENTEＲPＲISE EDUCATION在历次教学过程中，教员都会强调学习讨论和研究的重要性，尤其是对我校集体生活的学员来说，互助学习的重要作用更为凸显。

学习互助的方式很多，例如，学员队可根据学员的实际情况，指定学习优秀的学员充当“小教员”，以辅导的形式组成学习帮扶小组。

或者是，由教员制定讨论话题，在教员的指导下，由学员队定期组织学习研讨活动，帮助所有学员巩固和强化所学内容，达到教学相长的效果，促进共同进步。

四、结束语函数连续性教学中透露出的问题在学员学习本课程的过程具有一定的普遍性，教员在分析原因和制定措施时都要从学员的现实情况考虑，充分结合自身的教学实际，多思考多总结，突出针对性和实用性。

只有这样，教员在教学中才能不断提高教学水平，促进教学质量和教学层次的不断提升。

参考文献：［1］吴振英．论极限的思想方法［J ］．广州大学学报（自然科学版），2003，10．［2］张奠宙．教育数学是具有教育形态的数学［J ］．数学教育学报，2005．8．［3］辛志英，王升．保证主体教学有效性的策略［J ］．课程·教材·教法，2009，（5）：21．聚合物材料表征与测试课程教学浅析王倡春（南京工程学院211167）聚合物材料表征与测试是南京工程学院高分子材料与工程专业的一门专业必修课。

该课程安排在大学第七学期，是在学生学习了高分子物理，高分子化学等专业基础课后开设的一门课程。

该课程主要是利用近现代发展的仪器来研究聚合物分子链的结构、分子链聚集体的结构、链长的分布等内容，理论性较强。

课程中介绍的仪器众多，各种仪器的原理复杂，涉及物理理论、数学处理等内容，难度较大。

通过该课程的学习，能够让高分子材料与工程等相关专业的本科生掌握高分子材料性能的表征及结果分析的方法，了解现代测试技术在高分子领域中的应用，培养学生的动手能力。

该课程主要包括波谱分析、聚合物的相对分子质量及相对分子质量分布表征、热分析、高聚物流变性能以及显微分析技术等五个方面。

✦高聚物晶体X射线衍射大的结晶聚合物单晶（0.1mm以上，除蛋白质外）很难得到，一般采用多晶或单轴、双轴聚向聚合物材料样品。

随着2θ增大，衍射斑点增宽，强度下降,衍射峰主要出现在30°以下的低角区。

由于晶粒尺寸很小（一般小于30nm），结晶不完善，衍射图较弥散，谱线复杂。

聚合物大多属于低级晶系，要确定晶体结构较困难。

XRD主要用于鉴别高聚物的晶态和非晶态、借助标准图谱或数据（数量较少）确定晶型、估计结晶度和晶粒大小。

物相的定量分析定量分析是基于衍射线的相对强度与物相含量之间的关系。

依据是：衍射线强度随着相含量的增加而提高。

但由于各物相的吸收系数不同，使衍射强度Ij 并不严格正比于各相的含量xj，故须加以修正。

X射线衍射分析是物相定量分析的一个重要手段。

✦基本原理设试样是由n个相组成的混合物，其线吸收系数为μ，则其中j相的HKL晶面衍射线强度为：由于各物相的μl不相同，含量改变μ也会改变。

假设j相的体积分数为fj，试样被照射的体积V为单位体积，则：当混合物中j相含量改变时，强度公式中除f j和μ外，其余各项为常数（即与j相含量无关），合并记为Cj。

则j相某根衍射线的相对累积强度I j为：若以质量分数表示含量：质量吸收系数，故定量分析就是基于这种衍射线相对强度与物相含量的关系。

✦外标法又称单线条法、直接对比法。

这种方法只需测定n相混合物样品中待测相j某根衍射线的强度，并与纯j相的同一根衍射线的强度比较，即可确定样品中j相的相对含量。

混合物样品中j相某根衍射线的强度Ij为，而纯j相试样的某根衍射线的强度(Ij )o为，由此可得，其中，显然当相数较多时要求得μm有困难，但对于两相混合物有，因此，若知道两相的吸收系数，即可由上式求出含量。

若μm1和μm2未知，欲测混合物的相含量时，需要用纯1和2物相配制一系列不同质量分数的样品，以及一个纯1相样品。

在完全相同的条件下，分别测定各个样品中1相的同一根衍射线的强度，然后以相对强度比I 1/(I 1)0和含量x 1作图，从而绘出标准曲线。