高分子材料测试技术系统介绍第五章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章,X,射线衍射,第一节 概述,第二节,X,射线衍射原理,第三节 各种实验方法,第四节,X,射线衍射在聚合物中的应用,5.1 概况,1895,年伦琴（,W.C.Roentgen,）发现,X(,伦琴,),射线,。,1912,年劳埃,(M.Von,Laue,）发现了晶体的,X,射线,衍射,现象，确定了,X,射线的电磁波性质,其波长范围为,10,2,到,10,2,埃。,聚合物的,X,射线衍射方法中所使用,X,射线波长一般在,0.52.5,埃。,5.2,X,射线衍射原理,一,X,射线的产生,电子束能量的,99%,左右被阳极靶中的原子吸收掉,转化成,热能,阳极需强制冷,.,仅有约,1%,的电子束能量转变成,X,射线,:,E x,射线产生的效率,;,Z,阳极靶材料的原子序数,;,V X,射线管操作电压,（电极间电压）,.,X,射线管示意图,讨论：,1.X,射线管产生,X,射线的效率低。,例如,:,铜靶，,30KV,，,E,为,0.1,；,钨靶，,1000KV,，,E,为,0.8%,2.X,射线管的最大功率受阳极材料的熔点、导热系数和靶面冷却手段的限制。,例如：铜靶（导热佳）和钼靶（熔点高）的功率常为铁、钴、铬靶的,2,倍。,二,X,射线光谱,1,连续,X,射线谱,连续,X,射线谱为一系列具有连续波长的,X,射线，也称为“白色”,X,射线。,短波限,m,:,根据量子理论，能量为,eV,的电子与物质相碰撞产生光量子时，光量子的能量,eV,。因此，辐射必定有一频率上限,m,h,m,hC,/,m,eV,h,普朗克常数,6.62610,34,J.S,；,C,光速,310,8,m.s,-1,X,射线光谱,2,特征,X,射线谱,a.,产生过程,电压超过激发电压高能电子流轰击到靶面靶材原子,内层电子被激发,回跃到低能级,辐射特征,X,射线谱,b.,特征,X,射线产生机理,三,X,射线衍射条件（,Bragg,方程）,X,光原子中的电子二次波源散射（球面波）干涉,加强,抵消,任选两相邻面（,A,1,与,A,2,），,其光程差,=,ML,+,LN,=2,d,sin,干涉一致加强的条件为,=,n,，,即,2,d,sin,=,n,式中：,为布拉格角；,2,为衍射角；,n,任意整数，,称衍射级数,，,d,为（,hkl,）,晶面间距，即,d,hkl,。,晶体对,X,射线的衍射,设一束平行的,X,射线（波长,）以,角照射到晶体中晶面指数为（,hkl,）,的各原子面上。,5.3 各种实验方法,一 照相法,1 平面底片法,平面照相法,无规取向,POM（,六方）平板图,X,衍射半径,L,样品至底片间距离,2,d,sin,=,n,入射,X,射线波长,2 回转晶体法,n=0,n=1,n=2,n=3,n=1,n=2,n=3,3 德拜谢乐法,通常所说的粉末法，如不另加说明，均指此法。,入射光方向,底片,粉末样品,2,L R,4,4,(2L/R),（,rad,）,180,(2L/,R),（）,R,相机半径,2L,一对粉末衍射线的间距,二 衍射仪,1,X,射线衍射仪基本组成及工作原理,X,射线衍射仪方框图,测角仪光学系统,X,光管,探测器,样品台,2 样品制备,根据所研究的课题，样品可以是多晶块、片或粉末。,通常是将样品研磨成小颗粒粉末。将研磨后的粉末用手挤压在薄板内框中，利用粉末的自聚能力与框架一起成型。用厚玻璃板作为成型工作面，井以与玻璃接触过的样品表面作为衍射表面。为了消除取向，常把纤维样品剪切为长度小于,0.5mm,的小段，再用上述过程制样。,5.4,X,射线衍射在聚合物中的应用,1 高聚物的物相分析,1）晶态和非晶态结构研究,分析聚合物是否结晶,非晶态聚合物：,X,射线衍射为漫散射的“,晕环,”，钝峰,晶态聚合物：,2,强,度,衍射图,衍射曲线,清晰圆环（衍射图中）,2）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,、,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。（,P7576）,（,a）,含,型晶体的,IPP X,射线衍射图,（b）,含,型晶体的,IPP X,射线衍射图,（,c）,被鉴定的,IPP X,射线衍射图,上图中,a,与,b,分别为,型和,型,IPP,衍射图。,c,为一注射,IPP,板材衍射实验图。,a,中在2,20,一侧的三个峰其对应面间距分别为0.6252,nm，0.5201nm,和0.4766,nm。c,中在相应衍射区所找到的三个峰的面间距为,0.6240nm，0.5190nm,和0.4760,nm，,由此断定,c,中有,晶体。,b,中在15,2,20,内有一,型晶体特征峰，其对应面,间距为,0.5520nm,。,c,中相应衍射区内可找到面间距为,0.5512nm,的峰与之相近，由此判定,c,中也有,型晶体。另外，在20,2,25,之间，,a,与,b,两图均有衍射峰，而,c,中在大致相同的位置呈现一个峰，可认为是,型晶体与,型晶体在该区域产生衍射峰的叠加。综上分析可,确认，样品中既有,型晶体，也有,型晶体。,2 结晶度的测定,Ic,高聚物样品结晶部分衍射积分强度,Ia,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,3 微晶尺寸的测定,谢乐公式：,L,hkl,是垂直于,hkl,晶面的微晶尺寸（,nm）,入射,x,射线波长(,nm）,（,入射,X,射线与原子平面间夹角）布拉格角,纯衍射线增宽(用弧度表示),K,常数，称为晶体形状因子,4 取向度的研究,未取向,取向,POM,的,X,射线衍射图,H,赤道衍射沿德拜环一个衍射弧度分布的角度。测量时用强度分布的半宽度，即弧段上最大强度一半作为弧段的起点和终点。,H,的单位是度。完全取向时，,H0，1,无规取向时，,H180，0,