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近代材料分析测试方法
近代材料分析测试方法李润明河南大学化学化工学院 材料系i
目录第 1 章 绪论 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1.1 材料的结构与性能 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1.2 材料结构的分析方法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.2.1 化学组成分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.2.2 分子结构分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.2.3 聚集态结构分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.3 材料性能的测试方法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.3.1 热分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.3.2 流变性能测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.3.3 力学性能测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 1.4 参考书目 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 第 2 章 红外光谱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5 2.1 IR 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5 2.2 IR 仪器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6 2.3 IR 谱图解析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 6 2.3.1 谱带位置 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 2.3.2 谱带宽度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 2.3.3 谱带强度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 2.4 IR 制样方法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 2.4.1 薄膜法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 2.4.2 溴化钾压片法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7 2.4.3 晶片负载法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 8 2.5 IR 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 8 2.5.1 聚合物鉴别 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 8 2.5.2 链结构分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 8 2.5.3 端基数目分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 9 2.5.4 支化度测定 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 9 第 3 章 拉曼光谱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11 3.1 Raman 光谱原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11 3.1.1 Raman 散射 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 11 3.1.2 Raman 散射强度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 12 3.1.3 Raman 位移 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 12 3.2 Raman 光谱仪 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 12 3.3 Raman 光谱与 IR 光谱差异 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 12 3.4 Raman 光谱应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 13 第 4 章 核磁共振 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 15 4.1 NMR 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 15 4.2 NMR 仪器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 16 4.3 NMR 谱图解析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 16 4.3.1 化学位移 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 17 4.3.2 谱线劈裂 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 17iii4.3.3 谱线强度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 18 4.4 NMR 制样 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 18 4.5 NMR 氢谱应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 19 4.5.1 聚合物定性鉴别 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 19 4.5.2 共聚物组成测定 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 19 4.5.3 立构规整性测定 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 19 4.6 NMR 碳谱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20 第 5 章 质谱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 21 5.1 MS 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 21 5.2 MS 仪器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 21 5.3 MS 谱图解析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 22 5.4 MS 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 22 第 6 章 X 射线衍射 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 23 6.1 X 射线衍射与散射 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 23 6.2 WAXS 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 23 6.2.1 粉末法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 24 6.2.2 单晶旋转法 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 24 6.3 WAXS 应用及实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 25 6.3.1 区别结晶和非晶聚合物 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 26 6.3.2 鉴别不同晶型 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 26 6.3.3 测定结晶度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 27 6.3.4 测定取向度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 27 6.4 SAXS 及其应用? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 28 第 7 章 小角光散射 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 31 7.1 SALS 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 31 7.2 SALS 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 31 7.2.1 结晶态拉伸研究 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 31 7.2.2 共混体系相分离研究 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 32 第 8 章 偏光显微镜 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 35 8.1 POM 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 35 8.2 POM 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 36 8.2.1 球晶形态观察 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 36 8.2.2 球晶生长测定 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 36 第 9 章 电子显微镜 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 39 9.1 TEM ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 39 9.1.1 TEM 构造 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 39 9.1.2 TEM 制样 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 40 9.1.3 TEM 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 41 9.2 SEM ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 42 9.2.1 SEM 构造 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 42 9.2.2 SEM 制样 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 42 9.2.3 SEM 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 42 第 10 章 原子力显微镜? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 43 10.1 AFM 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 43iv10.2 AFM 成像模式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44 10.2.1 接触模式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44 10.2.2 非接触模式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44 10.2.3 敲击模式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44 10.3 AFM 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44 10.3.1 形貌观察 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44 10.3.2 相结构表征 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 45 第 11 章 热分析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 47 11.1 DTA 和 DSC ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 47 11.1.1 DTA 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 47 11.1.2 DSC 原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 48 11.1.3 DTA/DSC 谱图解析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 48 11.1.4 DTA/DSC 应用及实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 49 11.2 TG ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 50 11.2.1 TG 仪器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 50 11.2.2 TG 图谱 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 51 11.2.3 TG 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 51 11.3 TMA ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 52 11.3.1 TMA 中的数学描述 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 52 11.3.2 TMA 仪器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 53 11.3.3 TMA 夹具 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 53 11.3.4 TMA 应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 54 11.4 DMA ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 56 11.4.1 DMA 原理? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 56 11.4.2 DMA 仪器? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 57 11.4.3 DMA 测试模式? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 58 11.4.4 DMA 应用实例? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 59 第 12 章 流变性能测试? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 61 12.1 流变测试原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 61 12.1.1 简单剪切 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 61 12.1.2 小振幅振荡剪切 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 61 12.2 旋转流变仪 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 63 12.2.1 仪器结构 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 63 12.2.2 测量夹具 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 63 12.3 旋转流变测试模式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 64 12.3.1 流动测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 64 12.3.2 振荡测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 65 12.3.3 蠕变与回复 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 66 12.3.4 应力松弛 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 67 12.4 流变测试应用实例 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 68 12.4.1 重均分子量测定 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 68 12.4.2 分子量分布表征 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 68 12.4.3 相分离温度测定 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 69 12.4.4 相形态结构表征 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 70v第 13 章 力学性能测试? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 71 13.1 拉伸测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 71 13.1.1 测试程序 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 71 13.1.2 拉伸强度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 71 13.1.3 拉伸模量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 72 13.2 弯曲测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 72 13.2.1 测试程序 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 72 13.2.2 弯曲强度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 72 13.2.3 弯曲模量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 73 13.3 压缩测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 73 13.3.1 测试程序 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 73 13.3.2 压缩强度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 73 13.4 冲击测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 73 13.4.1 测试程序 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 73 13.4.2 冲击强度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 74 13.5 硬度测试 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 75 13.5.1 测试程序 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 75 13.5.2 布氏硬度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 75vi第1章 绪论材料就是用以制造有用物件的物质。历史上，人们曾把材料当作人类进步的里程碑，例如 人类的早期时代就是按石器、青铜器、铁器划分的。 经过数千年的发展， 材料业已从早期的石头、 青铜和铁等逐渐发展到现代的金属合金材料、 无机非金属材料、聚合物材料、复合材料、生物材料和光电子材料等。 现在，人们把材料、信息和能源誉为当代文明的三大支柱。同时，又把新材料、信息技术 和生物技术看作是新技术革命的主要标志。1.1 材料的结构与性能材料的最终使用性能是材料在使用状态下表现出的行为，其归根到底取决于材料的固有性 质。这里所说的固有性质主要是指化学性质、物理性质和力学性质等。 对于不同门类的材料，材料固有性能所包含的内容和侧重点也有所不同。表 1-1 归纳了金 属、陶瓷和聚合物的固有性质。表 1-1 金属、陶瓷和聚合物材料的结构与性能材料化学性质 化学组成 微观结构 相结构 晶粒尺寸 耐腐蚀性 杂质分布 化学组成 颗粒尺寸及分布 晶体结构 孔隙度 耐腐蚀性 化学组成 分子量及其分布 链结构 聚集态结构 耐腐蚀性 添加剂物理性质力学性质金 属陶 瓷热性质 光性质 电性质 磁性质拉伸性质 冲击性质 弯曲性质 压缩性质 硬度 蠕变性质 动态力学性质聚 合 物材料的物理、力学性质从根本上讲又由其化学性质所决定。 我们通常所说的“结构决定性能”中“结构”是指“化学性质” ， “性能”是指“物理、力 学性质”而言的。 现代材料科学的发展在很大程度上依赖于对材料的结构及其性能的理解，也就是说，既要 分析材料的结构、测试材料的性能，还要弄清二者之间的“构-效”关系，因此，材料的分析和 测试技术和方法在材料的研发过程中有十分重要的作用。11.2 材料结构的分析方法材料的结构按尺度可分为三个层次：化学组成、分子结构和聚集态结构。1.2.1 化学组成分析材料的化学组成主要是指形成材料的物质及其组成。 材料的化学组成分析除了传统的化学分析方法外，还包括色谱、元素分析、质谱、紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱和核磁共振等。1.2.2 分子结构分析材料的分子结构主要是指形成材料的物质的分子结构，包括分子量及其分布、空间构型和 构象等。 材料的分子结构分析方法有光散射、凝胶渗透色谱、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振和质 谱等。1.2.3 聚集态结构分析材料的聚集态结构主要是指材料的晶态、非晶态、液晶态、取向态和多相态结构等。 材料的聚集态结构分析有 X 射线分析、小角光散射技术、光学显微技术、电子显微技术和 原子力显微技术以及各种能谱等。1.3 材料性能的测试方法1.3.1 热分析热分析是指在程序控温下测量物质的物化性质与温度关系的一类技术。 热分析主要包括差热分析（DTA） 、示差扫描量热分析（DSC） 、热重分析（TG） 、热机械 分析（TMA）和动态热机械分析（DMA）等。 热分析技术主要用于测试材料的热性能。1.3.2 流变性能测试材料的流变性能是指材料的流动性（黏度）和动态黏弹性能（动态储能、损耗模量） 。 流变性能测试的主要仪器有毛细管流变仪、旋转流变仪和动态力学分析仪等。1.3.3 力学性能测试力学性能主要是高分子材料的机械强度和模量等。 力学性能表征主要包括拉伸测试、弯曲测试、压缩测试、冲击测试和硬度测试等。1.4 参考书目常铁军 等，材料近代分析测试方法（修订版） ，哈尔滨工业大学出版社，2005 吴刚，材料结构表征及其应用，化学工业出版社，2002 张俐娜 等，高分子物理近代研究方法（第二版） ，武汉大学出版社，2006 汪昆华 等，聚合物近代仪器分析（第二版） ，清华大学出版社，20002何曼君 等，高分子物理（第三版） ，复旦大学出版社，2008 董炎明，高分子分析手册，中国石化出版社，2004 拉贝克 著，吴世康 等译，高分子科学实验方法，科学出版社，19873
第2章 红外光谱红外光谱（Infrared Spectrum, IR）是利用试样吸收红外光的特征对物质进行结构鉴定的表 征技术。 具有共价键的化合物，无论是有机的还是无机的，其中的大多数能吸收电磁波谱中红外区 （如图 2-1 所示）不同频率的电磁波。图 2-1 红外区在电子波谱中的位置2.1 IR 原理试样吸收红外区的光量子后，因其吸收的光量子能较小通常只能引起化学键振动能级的跃 迁，因此，红外光谱属于分子振动光谱。 分子吸收能量后发生的基本振动方式有： （i）伸缩振动――原子或原子团之间的距离增加或减小，即键长发生变化； （ii）弯曲振动――原子或原子团之间的角度增加或减小，即键角发生变化。 亚甲基的基本振动方式如图 2-2 所示。图 2-2 亚甲基的基本振动方式但需要注意的是，并不是每一种振动都对应一条吸收谱带。分子吸收红外辐射必须满足两5个条件： a）其振动方式会导致偶极矩发生变化；b）振动能级间的差值与红外辐射能量相当。 通常不对称伸缩振动需要吸收的能量比对称伸缩要更高些，伸缩振动需要吸收的能量比弯 曲振动要高些。 除了基频振动吸收外，还存在倍频（基频的倍数）和组（合）频（两个振动吸收的和）等 其它频率的吸收，因此，观察到的吸收谱带会比较宽。2.2 IR 仪器早期的 IR 仪器为色散型，其结构示意如图 2-3 上图所示。其工作原理是直接比对不同频率 的红外光经过样品与参比物之后的强度差别。 20 世纪 70 年代开发出干涉型 IR 仪器，该类仪器的典型代表是 Fourier 变换红外光谱仪 （FTIR） ，其结构示意图如图 2-3 下图所示。其工作原理是用干涉光照射样品，透过的干涉光强 度的“时域谱”经过 Fourier 变换转换为“频域谱” （即常用的 IR 谱图） 。图 2-3 红外光谱仪结构示意图2.3 IR 谱图解析光的强度（ I ） 。用公式 A ? ?I 0 ? I ? / I 0 或 T ? I / I 0 计算吸收率（Absorptance, A ）或透射率 （Transmittance, T） ，然后对相应的频率或波数作图，如图 2-4 所示。100Transmittance (%)以一定频率（或波数）范围内的红外光扫描试样，并即时测定入射光的强度（ I 0 ）和透过80 60 40 20 0
Wavenumber (cm-1) 图 2-4 乙醇的红外光谱图 6在红外光谱中会有许多峰（谱带） ，它们分别对应于分子中某个或某些官能团的吸收，因而 红外图谱主要提供了官能团的信息。 在获得一个红外谱图后，首先要审核的是谱带位置，其次是谱带强度，然后是谱带宽度。 对确定结构最有用的是特征基团频率区。在得到红外光谱后，选出最强谱带并设法鉴定出 相应的官能团，然后确定中等强度甚至弱强度的谱带，最后进行综合分析。2.3.1 谱带位置官能团的特征吸收频率是定性鉴别和结构分析的依据。重要的官能团如 OH、NH、C=O 等 的强特征吸收出现在 650~903 cm-1 和
cm-1，成为官能团吸收区。 中间部分 903~1300 cm-1 区的吸收是由相互作用的振动引起的，对不同的试样通常是独特 的，因此被称为指纹区。 需要注意的是，官能团的特征吸收会因其在分子中所处的位置不同或分子间相互作用（氢 键、结晶等）而有所变动。2.3.2 谱带宽度谱带宽度有时也很有用，比如酰胺的伸缩振动（C=O）和烯的伸缩振动（C=C）均在 1650 cm 附件有吸收，但由于酰胺基团的羰基大都形成氢键，其谱带较宽，很容易和烯相区别。-12.3.3 谱带强度谱带强度常用来做定量计算，有时也可以用来指示某个官能团的存在。例如 C-H 键邻近有 氯原子时，强度增加。 谱带强度与分子振动的对称性有关，对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度 也就越弱。例如苯在 1600 cm-1 的谱带就比较弱，而带有取代基的苯的衍生物在 1600 cm-1 附近 就有较强的谱带。 一般来说，极性较强的官能团在振动时偶极矩变化大，因此会有很强的吸收。2.4 IR 制样方法制样对红外谱图质量有很大影响，其中最重要的是样品厚度的影响。样品太薄，吸收峰弱， 容易被基线噪音所掩盖；反之样品太厚，峰形变宽甚至产生截顶。 理想的谱图应有 2~3 个强峰接近 100%的吸收，相应的样品厚度约为 10~30 ?m 左右。2.4.1 薄膜法（1）热压成膜――热塑性聚合物可通过热压成适当厚度的薄膜。 （2）溶液铸膜――将聚合物溶解在适当的溶剂中，再将溶液均匀地浇在物质表面，待溶剂 完全干后揭下形成的薄膜。 （3）切片成膜――预先用少量的溶剂溶胀样品，再切片，最后除去溶剂干燥成膜。2.4.2 溴化钾压片法取少许样品与 100~200 倍重量的溴化钾在玛瑙研钵中研磨成粉，然后放入压片机中模压成 透明薄片。72.4.3 晶片负载法将聚合物溶液涂在溴化钾或氯化钠晶片上，然后在红外灯下适当烘烤除去水分，或研磨成 糊、悬浮有聚合物的石蜡油涂抹在卤化物晶片上，然后在红外灯下干燥。2.5 IR 应用实例红外光谱在聚合物表征中能够提供与结构和分子动态相关的重要信息，涉及聚合物链结构 （如特征官能团、构型、构象、端基、支化、共聚物序列分布等） 、聚集态结构（结晶、取向等） 以及动态变化过程（如聚合、官能团反应等） 。2.5.1 聚合物鉴别对未知的聚合物可以依据其吸收特征进行定性的甄别。如果图 2-5 为某未知聚合物的红外 图谱，请推断它具体为哪种聚合物。图 2-5 待定聚合物的红外图谱图 2-5 恐怕是最简单的聚合物红外光谱图了， 直觉推测可能是结构最简单的聚合物聚乙烯。 -1 在约 、和 730/720 cm 处有三个很强的吸收峰，分别归属于 C-H 的伸缩、弯曲和摇 摆振动。2.5.2 链结构分析聚丁二烯中不仅存在着侧基双键、主链双键两种双键结构，后者还存在着顺、反两种空间 构型，通过红外光谱可测定聚合物链中各种结构体的含量。 上述各种结构体的红外吸收峰位置列于表 2-1 中。表 2-1 聚丁二烯中各种结构及其红外吸收特征 结构 侧基双键 结构体CH CH2 CH CH2名称 1,2-结构红外吸收 （cm-1） 910 738 967CH2 HC CCH2 HH顺-1,4-结构 反-1,4-结构主链双键CH2 HC C CH2确定了双键的位置之后，可根据聚丁二烯的红外谱图（如图 2-6 左图所示）各结构吸光度 在三种吸光度总和中所占的比例测定各种结构的含量。8图 2-6 聚丁二烯的局部红外谱图（左） 、不同分子量的 PBT 红外谱图（右）2.5.3 端基数目分析通过比较相同谱带的吸收强度，可以对聚合物某些特征官能团进行定量分析。 两种不同分子量的 PBT 的红外谱图如图 2-6 右图所示。通过比较-OH 在 3535 cm-1 处和 -COOH 在 3290 cm-1 处吸收峰的强度差异，可以定量分析两种 PBT 的端基数目，进而可得到二 者的分子量差异。2.5.4 支化度测定聚乙烯链中含有很多侧基，只要测出端甲基的浓度就可以计算支化度。 首先测定相应-CH3 和-CH2 的两种谱带的吸收比， 然后再根据两种基团中氢的比例推算出支 化度。9
第3章 拉曼光谱拉曼光谱（Raman Spectrum）就是利用光经过试样产生的拉曼散射特征对物质进行结构鉴 定的表征技术。3.1 Raman 光谱原理3.1.1 Raman 散射光通过不均匀介质*时会发生偏离原来的传播方向而向各个方向传播的现象（如图 3-1 左图 所示） ，该现象被称为光散射。光散射现象在日常生活中普遍存在，如天空的蓝、大海的青、晚 霞的红、冰川洞穴的炫等是阳光散射的结果。图 3-1 光散射光散射产生的原因是分子中的电子在光的电场作用下产生强迫振动成为二次波源， 如图 3-1 右图所示。 当用光谱仪在某一方向观测由一束单色光照射样品发生的光散射时，会发现除了一条与入 射光频率完全相同的极强谱带（Rayleigh 散射谱带）外，在其两侧还有若干条较弱的谱带。该 现象首先由印度科学家 Raman 发现，因此，被称为 Raman 散射。 Raman 散射是由于散射分子与入射光子间进行了能量交换造成的。与入射光相比，散射光 的频率分别向低频和高频移动。分子被激发后振动能级变化与散射类型如图 3-2 所示。图 3-2 分子跃迁与散射类型在 Rayleigh 散射带低频一侧出现的散射被称为 Stokes 线， 高频一侧的则被称为 Anti-Stokes 线。*光通过均匀介质（即折射率均一）时，介质中的偶极子发出的次生波因具有与入射光相同的频率且偶极子间 由一定的位相关系从而称为相干光， 在与折射光方向不同的一切方向上均相互抵消， 因此， 不会发生散射现象。 113.1.2 Raman 散射强度在红外光谱中， 某种振动类型是否具有红外活性， 取决于分子振动时偶极矩是否发生变化。 而在 Raman 活性则取决于分子振动时极化度是否发生变化。 所谓极化度（ ? ）就是分子在电场作用下，分子中电子云变形的难易程度，其与电场强度 （ E ）和诱导偶极矩（ ?i ）三者之间的关系为? ? ?i / E也就是说，Raman 散射是与入射光电场所引起的分子极化诱导偶极矩有关。Raman 谱线的 强度正比于诱导偶极矩的大小。3.1.3 Raman 位移Raman 位移就是 Stokes 或 Anti-Stokes 线频率与入射光频率的差值。 Raman 位移的大小和分子跃迁能级差一样， 对于同一分子能级 Stokes 线与 Anti-Stokes 线的 Raman 位移应该是相等的。但由于大多数分子在室温下处于基态，Stokes 线要比 Anti-Stokes 线 强许多，所以在一般 Raman 光谱分析中通常只记录 Stokes 线的 Raman 位移。 Raman 光谱图记录的是 Stokes 线强度对 Raman 位移的关系。3.2 Raman 光谱仪Raman 光谱仪的结构示意图如图 3-3 所示。主要部件有可产生连续谱的激光发生器、样品 装载器和探测器等。图 3-3 Raman 光谱仪结构示意图3.3 Raman 光谱与 IR 光谱差异拉曼光谱与红外光谱同属分子振动光谱。前者中的 Raman 位移相当于后者中的吸收频率，12两种光谱中每条谱带都相应于分子中某官能团的振动。 但要注意，拉曼光谱与红外光谱产生的机制有着本质的区别。前者是散射光谱，后者是吸 收光谱。前者是由于诱导偶极矩的变化而产生的，后者是由于固有偶极矩的变化而产生的，因 此，前者对分子中的非极性基团敏感，而后者对极性基团敏感。 一些对称性较高的基团，极性很小，红外吸收很弱，但在拉曼光谱中却有较强谱带。 总的来说，红外光谱更适合表征聚合物的侧基和端基，而拉曼光谱更多用于研究聚合物的 骨架结构。3.4 Raman 光谱应用实例聚乙烯的 IR 光谱和 Raman 光谱对比如图 3-4 所示。图 3-4 聚乙烯的红外和 Raman 光谱聚乙烯的 IR 和 Raman 光谱图如图 3-4 所示，可以看出，两种谱图都以 C-H 伸缩振动谱带 最强，且位置相似；在 1460 cm-1 附近都有 CH2 的弯曲振动谱带。 但拉曼光谱缺少红外光谱中 730/720 cm-1 的 CH2 摇摆双重峰， 却在 1070、 1130 和 1300 cm-1 处呈现 C-C 骨架的振动谱带。 拉曼光谱鉴别高分子的一个典型例子是尼龙。不同种类的尼龙红外光谱极为相似，但不同 的亚甲基序列组成的骨架在拉曼光谱中有很强的谱带（如图 3-5 所示） ，彼此很容易区分。图 3-5 尼龙的拉曼光谱13
第4章 核磁共振核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是记录处于外磁场中磁核能级之间跃迁的 一种技术。 利用 NMR 技术可以获得聚合物的主链、侧基或某些独特功能基团的信息，同时还能够反 映邻近核之间相互作用的信息。4.1 NMR 原理原子核可以依其核自旋分为磁核和非磁核；自旋量子数（M1）不等于 0 的核为磁核，自旋 量子数等于 0 的核为非磁核。 自旋量子数与原子核的质量数和原子序数之间的联系如表 4-1 所示。表 4-1 自旋量子数与原子核的质量数和原子序数之间的联系质量数 奇 偶 偶原子序数 奇或偶 偶 奇自旋量子数 1/2, 3/2, 5/2, ? 0 1, 2, 3, ?1原子核H , 13C, 15N C, 16O, 32S122H , 10B, 17O磁核都具有因荷电粒子的自旋而产生的磁偶极矩（磁矩） ，因此，在外加磁场可以有不同的 取向，可能的取向数目为 2M1+1。 质子的自旋量子数为 1/2，它处于外加磁场中有两种取向（图 4-1） ：低能态的顺磁场方向 （平行取向）和高能态的反磁场方向（反平行取向） 。图 4-1 质子在磁场和射频场中的能级图在有特定射频源的情况下，平行取向进动的质子会吸收能量而进入反平行取向（ Zeeman 裂分） ；另一方面，反平行取向进动的质量也会发射能量回到平行取向，该现象称为核磁共振。 理论上可以把样品置于恒定强度的磁场中， 逐渐改变辐射的频率， 然后观察核磁共振现象， 可以得到 NMR 频率谱。15实际上更好的办法是保持辐射频率恒定，逐渐改变磁场强度，因为自旋能级分裂依赖于磁 场强度（如图 4-2 所示） ，所以同样可以观察到核磁共振现象，得到 NMR 强度谱。图 4-2 自旋能级分裂的磁场强度依赖性一般的 NMR 谱是强度谱，强度谱和频率谱是可以互换的。4.2 NMR 仪器典型的 NMR 仪结构示意图如图 4-3 所示。图 4-3 NMR 仪示意图样品管放在磁极中心，射频振荡器不断向样品发送固定频率的电磁波，扫描发生器提供由 逐渐变化的磁场，核磁共振发生时，射频接收器会感应到能量吸收并测量吸收强度。4.3 NMR 谱图解析典型的核磁共振谱图如图 4-4 所示。图 4-4 典型的核磁共振谱图解析 NMR 谱图要从谱线位置（化学位移） 、谱线劈裂和谱线强度三个特征入手。164.3.1 化学位移如果固定电磁波频率的情况下一种物质中的所有质子都在完全相同的磁场强度发生核磁共 振，那么得到的 NMR 谱图只会有一个峰，这样的结果肯定不能用于表征结构。 实际上，由于质子所处的化学环境不同，其周围的微磁场自然不同，因此，核磁共振发生 时外加的磁场强度并不相同， 而是相对有一定的位移， 这种吸收峰位置的差距被称为化学位移。 化学位移与外加磁场成正比，因此，从各种核磁共振仪（所用辐射频率和磁场强度不同） 得到的 NMR 谱图不能直接比对。 为了统一标准，化学位移常采用无因次的相对于标准物质的相对位移量（ ? ） ，即? ? ?H标准 ? H样品 ?/ H标准 ? 106式中 H 标准 ， H 样品 分别为标样和试样的磁场强度。 化学位移是由于电子云的屏蔽作用而产生的，因此，电子云越弱，化学位移越大。常见元 素电负性对临近质子化学位移的影响如图 4-5 所示。图 4-5 常见元素电负性对临近质子化学位移的影响硅原子电负性低，吸引电子能力比碳、氧和氯等都弱，所以四甲基硅（TMS）上的质子受 到的电子屏蔽比较大，NMR 出现在较高场强处。大多数有机物的 NMR 都出现在低场强一侧， 因此，常用 TMS 作为内标。 常见基团质子的化学位移如图 4-6 所示。图 4-6 常见基团质子的化学位移4.3.2 谱线劈裂由于相邻质子间存在自旋-自旋偶合作用（如图 4-7 所示）使得质子实际所处的有效磁场强17度与环境磁场强度存在差异，因此，在高分辨核磁共振仪上，还可以观察到 NMR 吸收峰的劈 裂精细结构。H=H0+H'1 1 1 1 2 3 6 3 4H0H=H0- H' H=H0+2 H' H=H01 2 1 1 41 1 111H0H=H0 - 2 H'图 4-7 自旋-自旋偶合作用在一个 NMR 吸收峰中看到的一组质子的谱线数目与该基团中质子的数目无关，而与相邻 基团中质子的数目却相关。通常来说，谱线劈裂符合（n+1）规则（如图 4-8 所示） ，因此，可 用谱线劈裂推断邻近基团中氢原子的个数。图 4-8 谱线劈裂4.3.3 谱线强度谱线强度是 NMR 吸收峰下面的面积，正比于该基团中氢原子的数目，因此可用于定量分 析。 NMR 吸收峰面积通常采用自动积分仪进行积分，得出的数值用阶梯式的积分曲线高度表 示出来，如图 4-4 所示。将每一个阶梯的高度进行测量，各个阶梯高度的比值即为各吸收峰的 氢原子数目之比，再根据氢原子总数计算各个吸收峰的氢原子数目。4.4 NMR 制样做 NMR 测试时，样品必须配成溶液，才能得到高分辨 NMR 谱。 聚合物的一些常用溶剂如四氢呋喃、二甲苯、二氧六环、环己烷、石油醚等由于均含质子 而不能用于 NMR 的溶液制备，因此，常需要用氘代溶剂。 然而，即使采用氘代溶剂，也总有少量氢未被氘代，从而仍有残余质子峰，所以在选用溶18剂时，要避免试样的吸收峰与溶剂峰相重合。4.5 NMR 氢谱应用实例4.5.1 聚合物定性鉴别聚异丁烯和聚异戊烯都只有-CH3 和-CH2 峰， 但由于两种峰的质子数目之比不同， 所以很容 易区别，如图 4-9 所示。图 4-9 不同聚烯烃的 NMR 氢谱对于聚异丁烯，2CH3:CH2=6:2，所以-CH3 峰高（或面积）是-CH2 的三倍。而对于聚异戊 烯，2CH3:2CH2=6:4，所以-CH3 峰与-CH2 峰之比为 3:2。4.5.2 共聚物组成测定如果共聚物中有一个组分至少一个可以准确分辨的峰，就可以用它来代表这个组分，进而 推算出组成比。 一个实例是苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯二元共聚物（图 4-10） ，在?=8 左右的一个孤峰归属于 苯环上的氢，用该峰可计算苯乙烯的物量分数 x ：8 A x? ? 苯 5 A总式中 A苯 为?=8 附近峰的面积， A总 为所有峰的总面积。图 4-10 苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯二元共聚物的 NMR 氢谱4.5.3 立构规整性测定NMR 氢谱用于分析聚合物立构规整性的典型例子是聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA） 。全同 PMMA 和间同 PMMA 的 NMR 氢谱有很大差别，如图 4-11 所示。19图 4-11 不同空间立构 PMMA 的 NMR 氢谱在间同立构中，亚甲基上两个质子所处的环境相同，只有一个峰。而在全同立构中，亚甲 基上两个质子所处的环境不同，存在谱线劈裂。4.6 NMR 碳谱NMR 碳谱是利用 C 的核磁共振吸收分析表征结构的技术。碳谱和氢谱一样，可以通过化 学位移和谱线劈裂来确定分子结构。 常见基团的 NMR 碳谱化学位移见图 4-12。13图 4-12 常见基团的 NMR 碳谱化学位移20第5章 质谱质谱（Mass Spectrum, MS）是通过制备、分离和检测气相碎片离子对物质结构进行表征的 技术。5.1 MS 原理用电子束将试样轰击成碎片离子，并让其在电场中加速到一定的速率，然后再利用一个垂 直于其运动方向的均匀磁场将碎片离子按质荷比的大小不同分离开来。 经过电场加速后离子的速率为? 2Ve ? ? ?? ? ? m ?1/ 2式中 m 为离子的质量， ? 为电场加速后离子的速率， V 为加速电压， e 为离子电荷。 离子在磁场作用下，改变运动方向作半径为 r 的圆周运动，则m? 2 ? He? r式中 H 为磁场强度。 联立上述二式可得质荷比m r2H 2 ? e 2V由上式可以看出，如果加速电压和磁场强度不变，不同质荷比的离子将沿着半径不同的圆 弧运动从而可以被分离开来。5.2 MS 仪器质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等组成。普 通质谱仪结构如图 5-1 所示。图 5-1 普通质谱仪结构示意图质谱用于聚合物结构研究需要加装热解器，即先将聚合物热解为低分子后再进行检测。215.3 MS 谱图解析质谱图是碎片离子强度（或称丰度）对质荷比作图，如图 5-2 所示。图 5-2 聚乙烯的质谱图由质荷比基本可以确定碎片的总质量数，由离子丰度可以确定该碎片的所占的分数。5.4 MS 应用实例质谱在聚合物结构表征中可用于鉴别聚合物、测定端基和分析立体规整性等。 全氟乙烯和全氟丙烯的共聚物（FEP）透气性低，耐磨损，高抗冲；而聚四氟乙烯却耐疲 劳，耐热，耐腐蚀且摩擦系数小。可是二者外观相近，不容易区分，用热解质谱法则可以加以 区别。 图 5-3 是两种氟塑料的质谱图，从图中可以看出 FEP 的 m/e69（ CF3 ） 、m/e119（ C2 F5 ） 和 m/e131（ C3 F5 ）的相对丰度都比 TFE 的强。? ? ?图 5-3 两种氟塑料的热解质谱图22第6章 X 射线衍射6.1 X 射线衍射与散射当一束单色 X 射线照射到试样上时，会观察到两种现象： （i）如果试样具有周期性结构（结晶） ，则 X 射线被相干散射（相对于入射光，散射光没 有波长和相关系的改变） ，该现象被称为 X 射线衍射； （ii）如果试样具有不同电子密度的非周期性结构，则 X 射线被不相干散射（相对于入射 光，散射光有波长和相关系的改变） ，该现象被称为漫射 X 射线衍射（简称散射） 。 X 射线衍射需要在广角范围内测定，因此又被称为广角 X 射线衍射（Wide-Angle X-ray Scattering, WAXS） ；而 X 射线散射需要在小角度范围测定，因此又被称为小角 X 射线散射 （Small-Angle X-ray Scattering, SAXS） 。6.2 WAXS 原理射入晶体的 X 射线迫使晶体内原子中的电子产生强制振动，因此，每个原子又作为一个新 的 X 射线源发射次生 X 射线，这些次生的 X 射线会发生干涉现象。 干涉是由于从不同的次生源发出的光线间存在光程差引起的，只有当光程差等于波长的整 数倍时才能互相叠加，在其余情况下则减弱，甚至相互抵消，如图 6-1 所示，只有相互叠加的 光波才能有足够的强度被观察到。图 6-1 不同光程差的光波加成设晶体的晶面距（等同周期）为 d ，X 射线以与晶面间交角（掠射角）为 ? 的方向照射（如 图 6-2 所示） ，从晶面散射出来的 X 射线产生衍射的条件是相邻的衍射 X 射线间的光程差等于 波长（ ? ）的整数倍，即满足 Bragg 方程 2d sin ? ? n? 。图 6-2 X 射线衍射23当用单色 X 射线测定时，波长是已知的，掠射角 ? 可从实验得到，因此，可由 Bragg 方程 求得晶面间距。 测定 X 射线衍射的方法主要有两类，一是粉末法，另一是单晶旋转法。6.2.1 粉末法当单色的 X 射线通过晶体粉末时，因为粉末中包含无数任意取向的晶体，所以必然会有一 些晶体的晶面距和掠射角满足 Bragg 方程。这样从这些反射面就得到了锥形的 X 射线束，锥形 光束的轴就是入射 X 射线，它的顶角等于 4? ，如图 6-3 左图所示。图 6-3 粉末法示意图满足 Bragg 方程的晶面可以有很多组，它们或是相应于不同的 n 值，或是相应于不同的晶 面距的，这样就得到了很多顶角不等的锥形光束，如图 6-3 右图所示。 如果将这些锥形光束拍摄下来，就得到了一系列的同心圆或圆弧，如图 6-4 左图所示；然 后将衍射强度对两倍掠射角作图，可得到衍射强度分布图，如图 6-4 右图所示。图 6-4 粉末法 X 射线衍射图案及强度分布6.2.2 单晶旋转法不动的单晶不能产生衍射图案，但是当晶体以恒速转动时，它们的晶面是可以满足产生衍 射的条件的。 如果一束 X 射线垂直地投射到晶体的主晶轴方向的一系列原子上，如图 6-5 左图所示，而 晶体是绕着主晶轴以恒速转动着，并且主晶轴方向的等同周期为 x ，则这一序列原子所散射的 X 射线满足衍射的条件是 x cos ? ? n? 。这样，当晶体转动时就产生了如图 6-5 右图所示的锥 形散射光束。 24图 6-5 锥形散射示意图这些位于锥形光束上的衍射线可以用两种方法摄制成衍射图案， 一种是将相片卷成圆筒形， 样品放在圆筒形相片的中心，X 射线从一侧射入，这样得到的衍射图案是许多平行的层线。层 线上分布着许多衍射点，每一层线相当于不同的 n 值；另一种方法是将平整的照相底片放置在 垂直于 X 射线入射的方向上，这样得到的是一系列的双曲线，如图 6-6 所示。图 6-6 单晶旋转法衍射照片示意图聚合物很难得到足够大的单晶，所以得到的衍射图案大多是弥散的，但聚合物的薄膜或纤 维经单向拉伸后，可使晶粒有一定程度的取向，可以将晶粒中的原子面分成两类，一类垂直于 拉伸方向，另一类平行于拉伸方向，因此纤维就满足了单晶旋转的条件，当入射的 X 射线垂直 于拉伸方向时，就会产生类似于单晶衍射的纤维衍射图，如图 6-7 所示。图 6-7 聚丙烯纤维衍射图案6.3 WAXS 应用及实例定性分析 WAXS 图案可得到如下信息： （i）试样的形态（结晶或非晶） ； （ii）结晶的类型； （iii）结晶的大致程度； （iv）晶粒的取向及大致程度。 25定量分析 WAXS 数据可得到如下信息： （i）晶胞参数； （ii）结晶度； （iii）取向度。6.3.1 区别结晶和非晶聚合物非晶聚合物的粉末衍射图是一个弥散环，如图 6-8 左图所示；而结晶聚合物应有比较明显 的衍射环，如图 6-8 右图所示。图 6-8 非晶（左）和结晶（右）聚合物的粉末衍射图非晶聚合物的粉末衍射强度分布是一个弥散峰，如图 6-9 左图所示；而结晶聚合物通过有 几个比较锐的衍射峰，如图 6-9 右图所示。图 6-9 非晶（左）和结晶（右）聚合物的粉末衍射强度分布图 6-10 为聚乙烯的衍射曲线，试判断哪个为高密聚乙烯（ HDPE ） ，哪个低密聚乙烯为 （LDPE）？图 6-10 聚乙烯的衍射曲线6.3.2 鉴别不同晶型同种聚合物在不同的结晶条件下可能会形成不同的晶型，可用 WAXS 加以鉴别。 尼龙 6 的?晶型和?晶型同属单斜晶系， 它们的区别是?型在 2?=11o 有明显的 002 晶面的峰； ?型是拟六方晶系，衍射图上只有一个锐峰，如图 6-11 所示。26图 6-11 不同晶型尼龙 6 的 WAXS 图6.3.3 测定结晶度结晶聚合物通常都不是完善的，也就是说，结晶聚合物中同时存在着晶区和非晶区，因此， 需要用结晶度（XC）来描述结晶部分所占的分数。 结晶聚合物的 WAXS 图实际上是结晶和非晶部分两相贡献的总和，因此，需要先用分峰技 术分别测算出结晶峰和非晶峰的强度（图 6-12） ，然后再计算结晶度。图 6-12 聚乙烯粉末衍射图6.3.4 测定取向度未取向的非晶聚合物的 WAXS 图是弥散环，如图 6-13 左图所示；而在取向的非晶聚合物 的 WAXS 图中弥散环退化为弥散斑点，如图 6-13 右图所示。图 6-13 未取向和取向的非晶聚合物的 WAXS 图未取向的结晶聚合物的 WAXS 图是衍射环，如图 6-14 左图所示；而在取向的结晶聚合物 的 WAXS 图中衍射环退化为点，如图 6-14 右图所示。27图 6-14 未取向和取向的结晶聚合物的 WAXS 图图 6-15 是冷拉不同倍数的全同聚丙烯薄膜的 WAXS 平板照片，可以看书，随着拉伸倍数 的增加，圆环分裂成弧，最终成衍射点。图 6-15 冷拉不同倍数的全同聚丙烯薄膜的 WAXS 平板照片X 射线法常用取向指数（ R ）来表征结晶的取向程度。例如尼龙 6 拉伸后，衍射环退化为 赤道弧，在方位角 ? 上扫描得峰（图 6-16） ，求得半峰宽 W ，定义取向指数R?180 ? W ? 100% 180图 6-16 通过方位角扫描测定取向指数的示意图6.4 SAXS 及其应用根据 Bragg 方程，衍射角与晶格间距的关系如表 6-1 所示。表 6-1 衍射角与晶格间距的关系2? 30ood/nm 0.3 2.5 5 40 1003 32? 1o40? 13?15? 5?20? 可以看出，在广角衍射的角度范围内能测定的晶格间距为零点几到几纳米。可是在结晶聚 28合物中，常常要求测定几纳米到几十纳米的长周期，这就要求测定角度缩小到小角范围，也就 是说，要在 1-2o 以内测定衍射强度或记录衍射花样。 在这样小的角度范围内测定，在实验上是很困难的。一般 X 射线管发出的 X 射线束宽约 o 1-2 ，所以，小角散射会被淹没在普通的广角衍射图中而观察不到。 若要观测小角散射，则对准直系统有特别的要求。首先准直系统要长且光栅或狭缝要小， 才能使焦点变细。但焦点太细，光强太弱，将导致记录时间过长，因而又要求 X 射线源要强。 其次在准直系统和很长的工作距离内，空气对 X 射线有强烈的散射作用，因而整个系统要置于 真空中。 广角衍射与小角散射工作距离的比较见图 6-17。图 6-17 广角衍射与小角散射工作距离比较SAXS 能用于研究数纳米到几十纳米的聚合物结构，如晶片尺寸、溶液中聚合物的回转半 径、共混物和嵌段共聚物的层片结构等。29
第7章 小角光散射小角光散射（Small Angle Light Scattering, SALS）是通过观测小角度范围内的 Rayleigh 散 射特征来表征物质聚集态结构的技术，可测定的结构尺寸范围从 0.5 微米到几十微米。7.1 SALS 原理我们知道，光散射是光通过不均匀介质时会发生偏离原来的传播方向而向各个方向传播的 现象。 当散射中心没有宏观的移动时， 散射光中有相当大一部分的频率与入射光的频率完全相同， 这部分散射被称为 Rayleigh 散射，也被称为弹性光散射，或静态光散射） 。 当散射中心移动时，散射光的频率会向低频位移（多普勒效应） 。由多普勒效应引起的散射 被称为准弹性光散射，也被称为动态光散射。 由溶液（溶质和溶剂）的微观不均匀引起的光散射，需要在较大的散射角度范围内观测， 因此常被泛泛地称为光散射，可用来表征大分子重均分子量及其线团尺寸。由材料聚集态的宏 观不均匀引起的光散射，需要在较小的散射角度范围内光侧，因此，常被称为小角光散射。 SLAS 原理示意如图 7-1 所示。当一束单色激光照射到聚合物薄膜样品时，由于样品内密 度及极化率的不均一而引起光的散射，经过投射屏后被拍摄记录下来，得到散射条纹图。图 7-1 SALS 原理示意图SALS 散射条纹图经分析处理还可以得到散射强度分布及其对时间的演绎特征。7.2 SALS 应用实例SALS 可用于研究聚合物的结晶过程、球晶的大小和形态、球晶的生长速率、球晶的变形、 晶粒的取向、共混体系的相分离和嵌段共聚物的微相分离等。7.2.1 结晶态拉伸研究SALS 用于研究结晶性聚合物时，需要用一对偏振片产生和检测偏振光。两个偏振片的偏 振方向可以是正交也可以一致。起偏片水平，检偏片竖直，即偏振方向正交的，被称为 HV 散 射；起偏片和检偏片均竖直的被称为 VV 散射。 研究结晶性聚合物形态结构常用的是 HV 散射，其散射的图形呈四叶瓣状，如图 7-1 所示。 结晶态聚合在在拉伸时，球晶发生变形，其 SALS 散射特征也会随之发生变化，如图 7-2 所示。31图 7-2 全同聚丙烯薄膜拉伸不同倍数的 HV 散射特征7.2.2 共混体系相分离研究7.2.2.1 相分离动力学研究 图 7-3 和图 7-4 分别是近临界组成的共混体系发生相分离在不同时刻的散射图案和散射强 度演绎特征。图 7-3 相分离过程中的散射条纹特征32图 7-4 相分离过程中的散射强度分布及其演绎可以看出，随着相分离的发生，散射图案先是没有明显的变化，但其散射强度却不断增大， 之后散射环开始出现并逐渐变亮，与之相对应，强度图上散射峰出现且其峰值逐渐增大，但散 射环和散射峰所处的位置并无变化；再后是散射环进一步变亮的同时向中心收缩，对应于强度 图上散射峰增大的同时向低散射因子区移动。 7.2.2.2 相分离温度测定 图 7-5 给出了不同质量比的共混体系在一定散射因子处的散射强度对温度的关系图，可以 看出，相分离发生时，散射强度开始显著增加。通常以散射强度开始突增时的温度为相开始分 离的温度。图 7-5 散射强度对温度变化-相分离温度的确定33
第8章 偏光显微镜在材料的各种仪器分析方法中，最简单的是光学显微镜法。显微镜价格低，结构分析比较 直观，因而被广泛应用。 光学显微镜的极限分辨率约为 0.2 ?m，材料的结构剖析的很多内容落在该尺度范围内，例 如聚合物的结晶形态、结晶形成过程和取向、共混物或（嵌段、接枝）共聚物的区域结构、复 合材料的多相结构以及聚合物液晶态的织构等。 可用于材料结构研究的显微镜有偏光显微镜 （Polarizing Optical Microscope, POM） 、 相差显 微镜等。本课程主要学习偏光显微镜。8.1 POM 原理偏光显微镜的基本构造是在普通光学显微镜试样台的上下各加一块偏振片（如图 8-1 中所 示的 6 和 15） 。通常将两块偏振片的偏振方向置于相互垂直的位置，因此偏光显微镜又称为正 交偏光显微镜。图 8-1 偏光显微镜结构聚合物的熔融态或无定形态呈光学各向同性，光线从中通过时不改变偏振方向，因此，用 偏光显微镜观察时，视野是全暗的。 聚合物的结晶态或取向态呈光学各向异性，光线从中通过时会分解成振动方向相互垂直的 两束光，因此，用偏光显微镜观察时，会呈现特征的视野。该特征可用数学式来表达，图 8-2 中用 P-P 代表起偏片的振动方向，用 A-A 代表检偏片的振动方向。N-N、M-M 是晶体内某一切 面内的两个振动方向，设 N-N 与 P-P 的夹角为 ? 。图 8-2 光在偏光显微镜正交场中穿过的矢量分解光进入起偏片后的平面偏振光的振幅为 OB，光继续射到晶体上，由于 M-M、N-N 于 P-P35都不一致， 因而要将矢量分解到这两个振动面上， N 方向和 M 方向的光矢量分别为 OD 和 OE； 自晶体透出的平面偏振光继续射到检偏片上，由于 A-A 与 M-M、N-N 也不一致，故将再次将 每一平面偏振光一分为二；最后在 A-A 面上的光为方向相反、振幅相同的 OG、OF。 最终透过检偏片的合成波为y ? OF ? OG ? OD sin ? ? OE cos ?由于这两束光速度不等，会存在相位差 ? ，那么OD ? OB cos ? ? L sin ?t cos ? OE ? OB sin ? ? L sin ??t ? ? ?sin ?式中 L 为入射光的振幅， ? 为频率。 则透过检偏片的合成波为y ? L sin 2? ? sin??? ? ? cos? ?t ? ? 2 2? ?由于光的强度与振幅的平方成正比，所以合成光的强度为I ? L2 sin 2 2? ? sin 2??? ? ? cos 2 ? ?t ? ? 2 2? ?8.2 POM 应用实例8.2.1 球晶形态观察球晶由从中心往辐射排列的晶片组成，各晶片中半径方向与切线方向的折射率是一样的， 即 ? 为常数，因而决定光强的是 ? 。 当 ? =0o、90o、180o 和 270o 时， sin 2? 为 0，这几个角度没有光线通过；当 ? 为 45o 的奇 数倍时， sin 2? 有极大值，因而视野最亮。于是，球晶在正交偏光显微镜下呈现特有的消光十 字图像，如图 8-3 左图所示。图 8-3 典型球晶的正交偏光显微照片如果由晶片组成的微纤从中心往外生长时出现了周期扭转，则会出现零双折射的环，如图 8-3 右图所示。8.2.2 球晶生长测定在一定温度下，球晶的生长是等速的，用偏光显微镜可以进行等温结晶动力学的研究，方 法是测定球晶半径随时间变化的关系，如图 8-4 所示。36图 8-4 球晶的生长37
第9章 电子显微镜由于受到光衍射的限制，光学显微镜的极限分辨率为 0.2 ?m 左右。为了得到分辨率更高的 显微镜，就必须采用波长更短的波。 用电子束代替可见光、静电透镜或电磁透镜代替玻璃透镜可制成电子显微镜（ Electron Microscope, EM） ，其极限分辨率可达 1 nm 甚至更小。 电子束射到样品上，会产生各种不同的射线，如图 9-1 所示。图 9-1 电子与样品的相互作用（1）透射电子 入射电子穿过样品而与其无相互作用，则形成直接透射电子。 （2）散射电子 入射电子穿透到离核很近的地方被反射，反射角的大小取决于入射电子的 能量及离核的距离，因而实际上任何方向都有散射。 （3）二次电子 入射电子撞击样品表面原子的外层电子，把它激发出来，形成二次电子。 直接透射电子以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射电子显微镜（ Transmission Electron Microscope, TEM）成像。背景散射电子和二次电子用于扫描电子显微镜（ Scanning Electron Microscope, SEM）成像。9.1 TEM9.1.1 TEM 构造TEM 的基本构造与光学显微镜相似，主要由电子枪、物镜和投影镜三部分组成，如图 9-2 所示。图 9-2 TEM399.1.2 TEM 制样供 TEM 观察的样品既小又薄，可观察的最大尺度不超过 1 mm 左右。在常用的 50~100 kV 的加速电压下，样品的厚度一般应小于 100 nm。较厚的样品会产生严重的非弹性散射，因色差 而影响图像质量，过薄的样品没有足够的衬度也不行。 TEM 测试时，样品是在载在金属网上使用的，当样品比金属网眼小时还必须有透明的支持 膜。 金属网的材质一般用铜， 因而称为铜网。 铜网很小， 一般直径为 2~3 mm， 厚度为 20~100 ?m 的圆形。常见的几种铜网如图 9-3 所示。纤维、薄膜、切片等可直接安放在铜网上。图 9-3 铜网示意图对于很小的切片、颗粒、聚合物单晶、乳胶粒等细小的材料就不能直接安放，而必须有支 持膜支撑。支持膜主要有塑料膜、碳膜、碳补强塑料膜和微栅膜等。 9.1.2.1 薄膜制备 用于 TEM 测试的薄膜试样制备方法有溶液浇注和超薄切片等。 9.1.2.2 染色技术 在 TEM 中衬度是由于结构中存在电子密度差异的结果， 但由于多数聚合物是由 C、 H 等低 原子序数的元素组成，电子密度差别很小，加上样品很薄，所以聚合物试样的反差很小。 染色可用于增加反差，所谓染色是指给特定的结构引入重原子而改变衬度的方法。 常用的染色剂有四氧化锇、四氧化钌、三氟乙酸汞、磷钨酸、碘、氯磺酸和硫化银等。其 中四氧化锇广泛应用于含不饱和双键的聚合物染色，染色反应如下。CH + OsO4 CH CH O CH O OsO2 CH O CH O Os O CH O CH用四氧化锇染色的实施方法有溶液浸泡和蒸气熏蒸两种。 9.1.2.3 复型技术 TEM 不能直接观察块状试样，因此，必须采用复型技术。 复型技术的原理是将固体的表面形貌用薄膜复印下来，这种薄膜能够用 TEM 观察。常用 的复型技术主要有下述两种。 （1）一级复型法 用复型材料直接沉积在试样的表面上，然后将二者分离。 （2）二级复型法 先用塑性材料制备试样表面的初级复型，再用质密的复型材料覆盖初级 复型的表面，然后将二者分离。 两种复型的制作过程见图 9-4。40图 9-4 两种复型制作过程9.1.3 TEM 应用实例TEM 在聚合物分析表征中主要用于内部细微形态和微孔大小分布等。 9.1.3.1 高抗冲聚苯乙烯（HIPS）的结构探测 HIPS 的制备通常是在 PS 基体中引入韧性的橡胶，其相形态结构如图 9-5 所示，可以看出， HIPS 具有两相结构，橡胶以微粒状分散于连续的的塑料相中。图 9-5 高抗冲聚苯乙烯的 TEM 照片由于塑料连续相的存在，使得材料的模量和硬度不致过分的下降，而分散的橡胶微粒则作 为大量的应力集中物。当材料受到冲击时，橡胶相可以吸收大量的冲击能量，从而大大提高 PS 的抗冲性能。 9.1.3.2 不相容共混体系的相形态结构表征 不同组成的不相容共混体系通常会形成不同的相形态结构， 图 9-6 是不同组成的 PMMA/PS 共混体系的相结构， 可以看出， 随着 PS 成分的增加， 体系的相结构由 PS 为分散相反转为 PMMA 为分散相。图 9-6 不同组成的 PMMA/PS 共混体系的相结构419.2 SEM9.2.1 SEM 构造由于 SEM 是用二次电子和背景散射电子成像，因此，在仪器构造上（主要是检测系统） 与 TEM 有很大的差别，如图 9-7 所示。图 9-7 SEM 构造9.2.2 SEM 制样SEM 制样比较简单， 一般将样品直接用双面胶粘在铝质样品座上即可。 若样品为不良导体， SEM 观察时表面会积累电荷，降低观察效果，因此需要将其表面喷镀一层厚度约为 10-50 nm 的导电材料。另外，利用蚀刻除去一部分结构，可突出感兴趣的结构。主要的蚀刻方法有溶剂 蚀刻、酸蚀刻和等离子蚀刻。9.2.3 SEM 应用实例SEM 在聚合物分析表征中主要用于均聚物、共聚物和共混物的形态等，如图 9-8 所示。图 9-8 组成为 50/50 和 30/70 的 PP/LDPE 共混体系的相形态42第10章 原子力显微镜原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）是利用原子间的作用力随其间距变化而变 化的特性来观察物质形貌的技术。10.1 AFM 原理原子间的作用力与其间距之间的关系如图 10-1 所示。图 10-1 原子间的作用力与间距的关系AFM 用一个微小的针尖（探针）去接近样品表面，通过测量针尖原子与表面原子之间的作 用力获得样品表面形貌的三维信息。 AFM 主要由检测系统、扫描系统和反馈系统组成，其结构示意图如图 10-2 所示。图 10-2 AFM 示意图AFM 检测器探测固定探针的微悬臂的偏转或振幅改变； 扫描系统控制样品的位置； 反馈系 统控制针尖与样品之间的距离。 AFM 的反馈模式有两种：一是恒力模式，样品与针尖之间的作用力恒定，记录 x-y 方向平 面扫描时扫描器在 z 方向的移动来获得样品的表面形貌；二是恒高模式，针尖相对于样品表面 的平均高度恒定，记录针尖原子与表面原子之间作用力的变化来检测样品表面的起伏。4310.2 AFM 成像模式AFM 的成型模式主要有接触模式、非接触模式和敲击模式（共振模式）三种，它们的工作 模式如图 10-3 所示。图 10-3 AFM 的成像模式10.2.1 接触模式探针与样品表面进行软接触。当探针弹性系数较小时，悬臂发生弯曲，记录这种弯曲就可 以得到样品表面的形貌信息；当探针弹性系数较大时，探针会使样品表面产生形变或改变样品 表面，这样可以得到样品表面的力学信息或对样品表面进行修饰。10.2.2 非接触模式探针以特定的频率在样品表面振动。当探针接近样品表面时，探针共振的频率或振幅会发 生变化，通过反馈系统和扫描系统来保持探针共振的频率或振幅进而使探针与样品表面的平均 间距保持恒定，记录扫描器的移动来获得样品的表面形貌。10.2.3 敲击模式探针以恒定的频率振动，当探针接触到样品表面时，悬臂的振幅会减小。当扫描到凸起区 域时，悬臂的振幅会因为受到的阻碍大而减小得大些；而当扫描到凹陷区域时，悬臂的振幅会 因为受到的阻碍小而减小得小些。 反馈系统调整针尖与样品表面的距离使悬臂的振幅保持恒定，记录调整的幅度就可以得到 样品的表面形貌。10.3 AFM 应用实例AFM 在聚合物表征中主要用于表面形貌观察和多相体系的相结构分析等。10.3.1 形貌观察明亮如镜的光盘一般是用极薄的铝质或金质膜加上聚碳酸酯塑料保护层制作成的，记录数 据的时候用激光在其表面刻出小坑?。图 10-4 是容量分别为 680M、4.7G 和 7.5G 的光盘表面形 貌。可以看出，容量大的光盘，其表面单位面积内有更多的小坑，即数据密度大。?小坑代表二进制的“1” ，空白处代表“0” 。读取数据时，定向激光在光盘的表面上迅速移动并观察激光经过 的每一个点，以确定它是否反射激光。如果它不反射激光（那里有一个小坑） ，那么就知道它代表一个“1” ； 反之，如果反射，就知道这个点是一个“0” 。 44图 10-4 数据密度不同的光盘表面形貌图 10-5 是正常和破坏的光盘表面形貌，可以看出，破坏的光盘表面上的数据坑有明显的损 伤。图 10-5 表面破坏的光盘表面形貌10.3.2 相结构表征图 10-6 是组成分别为 80/80 (a)、50/50(b, c)、30/70(d)的 PS/SEBS 共混体系的 AFM 相图， 由该图很容易判断该不相容体系的相结构。图 10-6 不同组成的 PP/SEBS 共混体系相结构（Lang_14_1219）45
第11章 热分析热分析（Thermal Analysis, TA）是指在程序控温下测量物质的物化性质与温度关系的一类 技术。 根据所测物性的不同， 广义的热分析方法可分为 9 类 17 种， 但狭义的热分析技术只限于差 热分析（Differential thermal analysis, DTA） 、差示扫描量热（Differential scanning calorimetry, DSC） 、热重分析（Thermogravimetry, TG） 、热机械分析（Thermomechanical analysis, TMA）和 动态热机械分析（Dynamic mechanical analysis, DMA）等。11.1 DTA 和 DSC11.1.1 DTA 原理差热分析（Differential thermal analysis, DTA）是在试样与参比物处于控制加热或冷却速率 相同的环境中记录二者之间的温差随时间或温度的变化。 DTA 的结构如图 11-1 所示，主要由测量池、温度程序控制器、加热-冷却系统、气氛控制 系统和数据处理设备等组成。图 11-1 DTA 的结构示意图典型的 DTA 谱图如图 11-2 所示。图 11-2 典型的 DTA 谱图4711.1.2 DSC 原理差示扫描量热（Differential scanning calorimetry, DSC）是在试样与参比物处于控制加热或 冷却速率相同的环境中记录二者之间建立零温差所需能量随时间或温度的变化。 DSC 仪器主要有两种类型：一种是热流型，另一种是功率补偿型。 热流型 DSC 的原理与 DTA 相似，测量池的结构示意图如图 11-3 所示，只是测温元件是贴 附在样品支架上， 而不像传统