高分子材料的表征
4.高分子材料性能与表征
σ(t) σ(0)
模拟线形聚合物的应力松驰行为 模拟线形聚合物的应力松驰行为 线形聚合物
t
线形聚合物产生应力松弛的原因: 线形聚合物产生应力松弛的原因:试样所承受的应力 逐渐消耗于克服链段及分子链运动的内摩擦阻力 内摩擦阻力上 逐渐消耗于克服链段及分子链运动的内摩擦阻力上.
4.1.1粘弹性力学模型 粘弹性力学模型
可以得到聚合物粘弹性总的,定性的概括. 可以得到聚合物粘弹性总的,定性的概括. 基本元件: 基本元件: 弹簧: 弹簧: 理想弹性体) (理想弹性体) σ=Eε ε
粘壶: 粘壶: 理想粘性体) (理想粘性体)
dε σ=η dt
1. Maxwell 模型 一个弹簧与一个粘壶串联 串联组成 一个弹簧与一个粘壶串联组成
σ 对假塑性流体 η0 随 γ , 而 ,下降的程度与聚合物 下降的程度与聚合物 种类,分子量及分布有关. 种类,分子量及分布有关.
1~1.5 MMc 时 有 η0∝ Mw
MMc 时 有
3 η0∝ Mw.4
2 ) 与温度有关
η = A e
E
RT
T
η
式中,A为与剪切速率,剪切力和分子结构有关的常数; 式中, 为与剪切速率,剪切力和分子结构有关的常数; 为与剪切速率 E为粘性流动活化能.如果 为粘性流动活化能. 越敏感. 为粘性流动活化能 如果E ,则 η 对T越敏感. 越敏感
可由服从虎克定律的线性弹性行为和服从牛顿定律 的线性粘性行为的组合来描述的粘弹性. 的线性粘性行为的组合来描述的粘弹性. 粘弹性 蠕变,应力松弛属于静态粘弹性; 蠕变,应力松弛属于静态粘弹性;滞后现象属于动 态粘弹性. 态粘弹性. 通过对粘弹性的研究:首先为聚合物的加工和应用 提供力学方面的理论依据.其次还可从其中获得分 提供力学方面的理论依据. 子结构和分子运动的信息(平均分子量; 子结构和分子运动的信息(平均分子量;交联和支 结晶和结晶状态;共聚结构;增塑;分子取向; 化;结晶和结晶状态;共聚结构;增塑;分子取向; 填充;与上述因素有关的运动学问题. 填充;与上述因素有关的运动学问题.
高分子材料的分析与表征
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。
高分子材料的生物降解性能表征
高分子材料的生物降解性能表征摘要：高分子材料的生物降解性能评价对于可持续发展和环境保护具有重要意义。
通过对高分子材料的降解行为进行深入研究和表征，可以为材料设计和选择提供指导，并为推动替代传统塑料的可降解材料的应用提供理论和实践基础。
随着科学技术的不断发展和进步，相信会有更多的方法和技术被开发和应用于高分子材料的生物降解性能表征，从而推动可持续发展和环境友好型材料的发展。
关键词：高分子材料；生物降解；性能表征引言高分子材料的生物降解性能是指在自然环境下，通过微生物或酶等生物作用使高分子材料逐渐降解为低分子化合物，进而被生物体转化或吸收的过程。
降解性能是评估高分子材料环境友好性的重要指标之一。
本文将介绍几种常见的用于表征高分子材料生物降解性能的方法和技术。
1高分子材料的定义高分子材料是由由重复单元组成的巨大分子量化合物，它们在结构上具有一定的连续性和有机亲和性。
这些分子由许多相同或类似的单体通过共价键相互连接而形成。
高分子材料可以是天然的，如天然橡胶、纤维素等，也可以是合成的，如聚乙烯、聚丙烯等。
高分子材料通常具有独特的物理和化学性质，如高分子链的柔韧性、可塑性、耐潮湿性、耐腐蚀性、绝缘性等。
它们广泛应用于各个领域，如塑料制品、纺织品、电子产品、医疗器械等。
高分子材料的特点包括多样性、可调性和可定制性，能够根据需要进行定制设计和制备，从而满足不同行业和应用的需求。
高分子材料的研究和应用为科技进步和社会发展做出了重要贡献，并在推动可持续发展和环境保护方面发挥着积极作用。
2高分子材料的生物降解性能评价指标2.1降解速率高分子材料的降解速率受多种因素影响，如材料类型、化学结构、分子量、晶体度、温度等。
一般来说，聚酯类和淀粉类高分子材料的降解速率较快，而聚乳酸、聚己内酯等高分子材料的降解速率较慢。
为了提高高分子材料的生物降解性能，可以通过改变材料的化学结构、控制分子量和晶体度等方式来调控其降解速率。
2.2降解产物高分子材料在生物环境中降解后会产生一些降解产物，这些产物对环境的影响程度也是评价高分子材料生物降解性能的一个重要指标。
高分子材料表征技术与应用
高分子材料表征技术与应用高分子材料是现代工业制造中不可或缺的一种材料，在汽车、电子、建筑、医疗等领域中都有广泛应用。
而为了更好地利用这种材料，了解它的特性以及优化其性能，高分子材料的表征技术显得十分重要。
本文将从高分子材料的表征技术、应用以及未来发展等方面探讨其重要性。
一、高分子材料表征技术1. 热分析技术热分析技术是表征高分子材料的一种重要手段。
它可以通过测量样品在一定条件下的热重量变化或热量变化，来了解高分子材料的热稳定性、热动力学行为、结构变化等信息。
常见的热分析技术包括热重分析、热差示扫描量热法等。
2. 光谱技术光谱技术也是高分子材料表征的重要手段之一。
其基本原理是将高分子材料样品受到不同波长或频率的光线照射后，从样品中得到不同的光谱信号，并且通过分析这些信号来获得高分子材料的结构和性能信息。
常见的光谱技术包括红外光谱、紫外-可见光谱等。
3. 分子量测定技术对高分子材料而言，分子量是其性能和应用的关键参数之一。
因此，对高分子材料的分子量进行测定也是一种重要的表征方法。
常见的高分子材料分子量测定技术包括凝胶渗透色谱、粘度测定法等。
二、高分子材料的应用1. 汽车领域高分子材料在汽车领域中的应用较为广泛。
例如，车身和内饰件的制造中，高分子材料具有质量轻、强度高、制造效率高等优点，可以有效提升汽车整体性能。
同时，高分子材料还可用于汽车电池系统和轮胎制造等方面。
2. 医疗领域高分子材料在医疗领域中的应用也非常广泛。
例如，口腔种植、人工关节和医学绷带等产品中均采用高分子材料制造，它们具有易加工、卫生、耐腐蚀等优点。
3. 电子领域在电子产品中，高分子材料的应用也越来越普遍。
例如，高性能聚合物可以用于制造手机、电视、平板电脑等电子产品中的大量部件，具有绝缘性好、机械性能高等特点。
三、未来发展多年来，高分子材料表征技术在时空分辨、同步辐射、扫描探针技术等方面取得了许多初步成果。
在未来，高分子材料表征技术将更多地关注功能性材料的表征和应用，如纳米粒子、液晶材料、高附加值功能性高分子等。
高分子材料与工程的一级学科
高分子材料与工程的一级学科高分子材料与工程是一门研究高分子材料的组成、结构、性能及其在工程应用中的应用原理和技术的学科。
高分子材料是由高分子化合物构成的材料，具有相对较高的分子量和较高的分子结构。
高分子材料与工程的研究内容包括高分子材料的合成、加工、改性、表征和应用等方面。
其中，高分子材料的合成是研究高分子化合物的合成方法和反应机理，以及高分子结构的控制和调整。
高分子材料的加工是指将高分子化合物加工成各种形状和尺寸的制品的过程，包括熔融加工、溶液加工、固态加工等。
高分子材料的改性是指通过添加其他物质或改变高分子结构，改变高分子材料的性能和应用范围。
高分子材料的表征是指通过各种分析测试手段，对高分子材料的组成、结构、性能进行表征和评价。
高分子材料的应用是指将高分子材料应用于工程领域，如塑料制品、橡胶制品、纤维材料、涂料等。
高分子材料是现代工程技术中不可或缺的材料之一。
在各个领域，高分子材料都发挥着重要的作用。
比如在汽车工业中，高分子材料可以用于制造轻量化的零部件，提高汽车的燃油效率和安全性能。
在电子工业中，高分子材料可以用于制造电子器件的封装材料，提高电子器件的稳定性和可靠性。
在医药领域中，高分子材料可以用于制造药物缓释系统和生物医用材料，提高药物的疗效和安全性。
高分子材料与工程的研究不仅关注材料的基础性质，还注重材料的应用性能和工程实践。
研究者通过对不同材料的组成和结构进行调控，可以获得具有不同性能和应用特点的高分子材料。
例如，通过改变高分子材料的交联程度和分子量，可以得到具有不同硬度和强度的弹性体材料。
通过改变高分子材料的成分和结构，可以获得具有不同热稳定性和耐化学性的高分子材料。
通过改变高分子材料的形状和结构，可以获得具有不同光学性能和电学性能的高分子材料。
高分子材料与工程的研究不仅涉及理论分析，还包括实验研究和工程应用。
研究者可以通过各种实验手段，对高分子材料的性能和应用进行测试和评价。
例如，可以通过拉伸试验、硬度测试、热重分析等手段，对高分子材料的力学性能、热学性能和化学性能进行表征。
高分子材料的表征和导热性能研究
高分子材料的表征和导热性能研究高分子材料是一种重要的材料种类，具有广泛的应用领域。
如何对高分子材料进行表征和研究其导热性能，是当前高分子材料研究的一个热点问题。
一、高分子材料的表征高分子材料通常具有分子量大、化学结构复杂的特点，因此需要采用多种手段进行表征。
1. 分子量的测定高分子材料的分子量一般采用凝胶渗透色谱、粘度法等实验手段进行测定。
其中，凝胶渗透色谱具有分离精度高、灵敏度好等优点，可以处理多种分子量范围的高分子材料。
2. 凝聚态的表征对于固态高分子材料，需要采用X射线衍射、热分析等技术手段进行表征，以了解高分子材料的晶体结构、热性能等特征。
3. 动态热力学性能的表征高分子材料在使用过程中还需要考虑其时间依赖性、疲劳性、耐热性等方面的性能。
这就需要采用热分析、动态力学测试等技术手段进行表征。
二、高分子材料的导热性能研究导热性能是高分子材料的一个关键性能指标，对于高分子材料的设计、制备、应用都具有重要意义。
导热性能研究的主要方法有以下几个：1. 热导率的测试热导率是导热性能的基本指标之一，一般采用稳态热流方法进行测试。
稳态热流方法包括热阻率法、热板法等，能够准确测定材料在稳态下的导热性能。
2. 动态热导率的测试高分子材料在使用过程中很少处于稳态状态，因此需要考虑其动态导热性能。
动态热导率的测试方法包括脉冲法、频率扫描法等，能够模拟高分子材料在实际使用过程中的导热性能。
3. 热膨胀系数的测试高分子材料在受热过程中往往会产生热膨胀现象，对于导热性能的影响较大。
因此，需要采用膨胀测试仪等设备对高分子材料的热膨胀系数进行测定。
4. 界面热阻的测试高分子材料在应用过程中往往需要与其他材料进行接触，因此涉及到界面热阻的问题。
界面热阻的测试方法包括接触热阻法、热反射法等。
三、导热性能的改进高分子材料的导热性能往往不如金属等传统材料，因此需要采取一些措施进行改进。
导热性能的改进方法主要有以下几个：1. 添加导热填料通过向高分子材料中添加导热填料，如石墨、纳米银粉等，可以显著提高高分子材料的导热性能。
高分子材料的制备和表征
高分子材料的制备和表征随着科技的飞速发展，高分子材料的应用越来越广泛，比如建筑、汽车、飞机、电子、医学和环境等领域。
高分子材料具有许多优良的性能，比如轻质、高强度、难燃、耐腐蚀、绝缘、导电、透光、透气、保湿和生物相容性等。
高分子材料的制备和表征是高分子科学和工程的重要基础，本文将从几个方面介绍相关内容。
一、高分子材料的制备高分子材料的制备可以从分子、聚合物、复合材料和工程塑料等层次来考虑。
对于分子层次而言，化学合成是主要方法之一，通过合成反应控制分子结构和组成，可以获得不同种类的高分子材料。
比如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚醚等。
为了提高反应效率和产物品质，有时还需要采用催化剂、溶剂、反应温度、气氛、压力、时间等条件进行优化。
对于聚合物层次而言，聚合反应是制备聚合物的主要方法之一，包括自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合、羰基聚合、酯交换聚合、缩醛聚合、缩酮聚合等。
通过选择不同的单体、反应条件和催化剂等，可以获得不同种类的聚合物。
比如聚丙烯、聚丁二烯、聚乳酸、聚己内酯、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等。
对于复合材料层次而言，采用纤维增强和基体材料复合的方法，可以制备出优良的复合材料。
比如碳纤维增强聚酰亚胺、玻璃纤维增强聚酯、金属纤维增强复合材料等。
纤维增强可以提高材料的强度、刚度和耐久性，基体材料可以改善材料的工艺性、耐用性和环保性。
对于工程塑料层次而言，采用合金化、改性和共聚等方法，可以制备出具有特定性能的工程塑料。
比如ABS塑料、PC塑料、PPO塑料、PPS塑料等。
这些工程塑料具有优良的综合性能，比如耐冲击、耐高温、耐化学品、绝缘、导电、透明、可加工等。
二、高分子材料的表征高分子材料的表征是对其结构、性质和应用进行评估和控制的重要手段。
高分子材料的表征可以从形态、相态、热态、力态、电态、光态、表面和界面等角度来考虑。
对于形态而言，高分子材料的形态可以通过显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜等技术进行观察和分析。
高性能与功能化高分子材料的表征技术及其特点
2020年第#期分析仪器Analytical Instrumentation No.#Jul.20201、纟［综述73轧高性能与功能化高分子材料的表征技术及其特点李琴梅魏晓晓郭霞胡光辉史迎杰高峡$(有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室&北京市理化分析测试中心&北京100094)摘要：本文从高性能与功能化高分子材料的结构特点出发，围绕高性能高分子材料的功能化发展方向，针对其在光电领域，食品药品等民生安全健康领域，以及航天航空与军工领域的应用要求，介绍了高性能与功能化高分子材料的化学组成、分子结构与关键性能的表征技术特点％熟悉掌握高性能与功能化高分子材料的表征技术特点，对于该类材料的研发、生产制备与加工应用具有重要指导作用％关键词：高性能功能化高分子材料表征技术DOI：10.3969/j.issn.1001—232x.2020.04.001Characterization technology and characteristics of high performance and functional polymer materials.Li Qinmei&Wii Xiao+iao&Guo Xia&Hu Guanghui&Shi Yingjie&Gao Xia$(Beijing Center for Physical& Chemical Analysis&Beijing Key Laboratory of Organcc MateriaSs Testing Technology&Quality Evaluation&Beijing100094,China}Abstract:According to the application requirements in the fields of optoelectronics&food and medicine&aerospace and military industry,the characterization technology and characteristics&such as chemical composition&molecular structure and key properties&of high performance and functional polymer materials were reviewed.Familiar with the characterization technology and characteristics of high performance and functional polymer materials is essential for research and development,production,preparation and pro-cessingofthemate.ials.Key words:High performance；Functional polymer materials；Characterization technology高性能与功能化高分子材料是新材料领域中最重要的分支之一，被广泛应用于航天航空、新能源、医疗器械、集成电路、环境治理与增材制造等战略新兴产业，是国防安全和经济建设的重要基石％当前国际环境形势复杂多变，新材料进出口存在较多不确定性因素，我国高性能、功能化高分子材料的研发、生产制造和应用仍然存在较多难点、空白点和关键点％围绕创新发展，通过高精尖产业化关键技术研发攻关，打破瓶颈和垄断，推动高性能、功能化高分子材料的升级换代和制备应用势在必行％而在发展提升的过程中，通过各类分析测试技术对其进行精准表征是必不可少的关键环节％本文围绕高性能与功能化高分子材料的功能化发展方向，重点介绍其在光电领域，食品药品等民生安全健康领域，以及航天航空与军工领域的表征技术特点％1高性能与功能化高分子材料的表征内容高性能高分子是指力学性能优异、稳定性好、可在较高温度下连续使用的一类合成高分子材料,基金项目：北京市科学技术研究院高水平创新团队计划项目(HIT201902)；北京市科学技术研究院市级财政项目(PXM2019_178305_000009)改革与发展课题(2020ZL0402)%2No.#Jul.2020分析仪器Analytical Instrumentation2020年第#期在化学元素组成上除了含有C、H、O元素之外，还常常含有N、S、F等杂元素；化学结构的特点是含有大量的芳环或芳杂环，分子链较刚硬％功能化高分子材料含义很广％从结构上分为热固性和热塑性两大类，后者也称高性能工程塑料，可替代金属作为结构材料，或用作先进复合材料的基体树脂，力学性能的特点是强、韧、刚，是航空、航天和现代科技的关键材料；从性能上分：一是指高模量、高强度及耐高温高分子材料等；二是指具有某种重要功能的高分子材料，如高模量高强度纤维和具有特殊光、电、声、磁等性能的有机材料#从应用领域上，根据目前国家发展需求，大致可分为:新能源电池、高效分离分析、高强高模、3D打印、隐身等尖端技术、第四代电子产品等急需的高性能高分子材料，以及具有高阻隔和特殊相容性能的食品接触、药品包装和生物医用（骨植入材料、血液透析膜等）等功能性、涉及民生安全的通用高分子材料及其复合物％高性能与功能化高分子材料具体包括但不限于如下种类：酚醛、密胺、脲醛树脂，含芳环环氧树脂，聚酰胺与聚酰亚胺，聚芳醚，聚芳腈，聚醚酮，聚醚砜，聚芳硫醚，聚苯并噁嗪，含二氮杂荼联苯结构聚合物，高性能纤维及其复合物等，以及经过功能改性或复合的通用高分子材料及其复合物％高性能与功能化高分子材料的基本表征内容包括化学组成、物理结构和材料性能等各类分析测试，其中化学元素表征既包括C、H、O、N、S等主要有机元素的分析测试，又包括无机及金属元素的分析测试，特别是重金属等杂质元素或离子基团的分析测试％在分子结构方面，高性能高分子材料化学结构的特点是含有大量的芳环或芳杂环，分子链较刚硬，其表征内容主要包括分子链段及其官能团的原子组成、键接顺序、空间立构等分析测试％在分子量与聚集态结构方面，主要包括整条分子链的大小及其分布，以及分子链聚集结构的分析测试％材料性能表征则包含以密度、溶解性、比表面、孔径等为主的基础物理性能，以及力学、老化、热、电等应用物理性能的分析测试％2不同领域高性能与功能化高分子材料的表征技术特点2.1电子电器和光电领域基于保护人类健康和环境的理念，对于电子电器产品及其高性能高分子材料中有毒有害成分的表征和监测已得到世界各国的重视，为控制电子电器废弃物对生态环境的污染，规范电子电器产品的材料及工艺标准，欧盟《关于在电子电器设备中限制使用某些有害物质指令》（RoHS）为代表的环保指令设定了某些有害物质的限量要求％RoHS2.0（EU2015/863）将限制使用的有害物质增加到10种，包括镉、铅、汞、多溴二苯醚等％欧盟的REACH 法规涉及的产品范围比RoHS指令更广，2019年1月15日起,REACH法规中高度关注物质（SVHC）清单增加至197种，要求每种SVHC含量不能超过0.1%%我国自2016年7月1日起实行的《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》规定了在设计、生产、销售以及进口过程中，应标注有害物质名称及其含量，其中铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚的限量值与RoHS指令指标一致％因此，应用于电子电器和光电领域的高性能与功能化高分子材料，需针对C、H、O、N、S等主要有机元素的分析测试外，还要考虑无机及金属元素的检验检测，特别是重金属等有毒有害成分、杂质元素或离子基团的检验检测％应用于电子电器和光电领域的高性能高分子材料中铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等成分的表征，一般根据目标物及产品的特性、含量水平等因素选择准确度和可操作性较强的表征手段％在元素分析测试方面，常用的仪器设备和技术方法包括:有机元素分析仪、原子吸收光谱、原子荧光光谱、X射线荧光光谱（XRF）13、电感耦合等离子体发射光谱（ICP）及质谱联用仪（ICP-MS）［P1］，以及离子色谱仪等％对于材料中的多溴联苯和多溴二苯醚类阻燃剂、邻苯二甲酸酯类增塑剂等挥发性和半挥发性有机物，可采用气相色谱-质谱联用法（GC-MS）［Z6］,高效液相色谱法（HPLC）Q或液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）［Z830］进行定性和定量分析，必要时可采用串联质谱进行更为准确的筛查「3133-%功能性高分子材料在光电领域的应用，要特别考虑杂质元素或离子基团等对高灵敏度光电产品的影响％例如,具有高导电性能的聚苯胺等导电高分子材料，以及石墨烯复合功能性高分子材料，在应用于电子电器、储能、光电转化领域时，其中的氟离子（F_）、氯离子（Cl H）、亚硝酸根离子（NO厂）、2020年第#期分析仪器Analytical Instrumentation No.#Jul.20203溴离子(Br_)等阴离子杂质含量会直接影响材料的导电性能，可以通过离子色谱法来进行分析测试％2.2食药等民生安全健康领域(1)食品接触材料高性能高分子材料用于食品接触材料领域，除了满足和考虑REACH法规中要求的高度关注物质(SVHC)的限制要求和分析测试之外，对于其中可溶出和迁移的化学物质的限量与迁移量的分析测试也需要重点关注％GB4806.6-2016*食品接触用塑料树脂+3#-、GB4806.7-2016*食品接触用塑料材料及制品+旳、GB9685-2016*食品接触材料及制品用添加剂使用标准+36-及相关公告分别对食品接触用高性能塑料树脂的原料、加工成品、生产塑料树脂、塑料材料及制品所用的添加剂做出了相关规定，确保塑料制品在正常及预期使用条件下不会对人体健康产生危害。
高性能高分子材料的合成与性能表征
高性能高分子材料的合成与性能表征一、引言高性能高分子材料是一类应用广泛的材料。
它的特点是具有较好的物理、化学性能和高温、高压、高强度等性能。
高性能高分子材料可以分为多种类型，应用于自动化、汽车制造、电子、机械、医药和环保等领域。
本文将着重讨论高性能高分子材料的合成和性能表征。
二、高性能高分子材料的合成1. 多元醇、异氰酸酯合成聚氨酯材料聚氨酯材料是一种重要的高性能高分子材料。
通常采用多元醇和异氰酸酯进行合成。
以1,6-二异氰酸己酯和聚丙二醇为例，将两种物质混合后反应，生成聚氨酯脲键，最终形成聚氨酯材料。
2. 高性能共聚物材料的合成常见的高性能共聚物材料有氟碳树脂、三元共聚物、均聚物、无规共聚物等。
其中，氟碳树脂是由含有氟和碳的单体合成的，具有耐腐蚀、防火等特点。
三元共聚物由三种或三种以上的单体聚合而成，大多用于电子元器件、汽车零部件等。
均聚物和无规共聚物具有良好的物理力学性能和加工性能，应用广泛。
三、高性能高分子材料的性能表征高性能高分子材料的性能表征方法有很多，下面介绍其中几种常用的方法。
1. 热重分析(TGA)热重分析是测定材料在不同温度下失重的一种方法。
在热重分析中，材料样品加热至一定温度时，根据其失重不同，可以分析出其热稳定性。
热重分析广泛应用于各种高分子材料的热稳定性评测。
2. 差示扫描量热(DSC)差示扫描量热是测量材料在加热或冷却过程中释放或吸收热能的一种方法。
通过测定材料热力学性质，可以了解其结构和性质相关信息。
差示扫描量热广泛应用于高分子材料的热力学性质分析。
3. 分子量测定分子量是高分子材料的一个重要指标，影响着高分子材料的物理力学性能和加工性能。
分子量测定方法有很多种，主要包括粘度法、光散射法、凝胶渗透色谱法等。
分子量测定是高分子材料性能表征的核心内容之一，在高分子材料合成前、中、后都需要进行分子量测定。
四、结论高性能高分子材料是一类应用广泛的材料，主要包括聚氨酯材料、共聚物材料等。
高分子材料性能测试与表征详解
四．应力的影响
当剪切应力的能量大于大分子键能时，引起大分子断链裂解。 增大剪切应力或剪切速率，降解速度增大。 聚合物受到剪切时，温度的高低影响剪切作用的大小。温度较低时，剪 切作用非常强烈，分子量降低幅度大 聚合物降解的程度随应力作用时间的增长而加剧 应力对聚合物降解的影响还与聚合物的化学结构和所处的物理状态有关。
类型类型自由基式链式降解逐步降解条件条件热剪切力提供能量高温条件下h2o酸碱等杂质位置位置位置位置cccoch产生游离基易产生游离基cncocscsi键能键能弱降解的机理机理机理类似于自由基的反应断链类似于缩聚的逆过程醇解酸解特点特点反应速度快中间产物不能分离降解速率与分子量无关但不同聚合物降解历程不同各步反应独立断裂的部位是无规和任意的中间产物稳定断链机会随分子量增大而提高影响降解的因素1主链上与叔碳原子或季碳原子相邻的键不稳定
聚合物加工过程中的形态演变
降解和交联
降解的实质
聚合物在水、氧、应力、热、光、超声波、辐射作用下往往会产生 降解的化学过程，使其性能劣化，降解的实质是：
断链 交联 分子链结构的改变 侧基的改变 以上四种的组合
其中自由基常是一个 活泼的中间产物，作用 结果是聚合物的分子结 构发生了改变。
降解的机理
类型
游离基交联反应，如不饱和聚酯的交联反应、橡胶硫化、聚烯烃交 联等。 逐步交联反应，如大分子环氧基、异氰酸基等活性官能团与交联剂 进行的交联反应以及酚醛树脂成型过程中的交联反应。
通过大分子上的活性中心（活性官能团或活性点） 间的反应或活性中心与交联剂间的反应
高分子材料的物理性质表征方法
高分子材料的物理性质表征方法高分子材料是指由高分子化合物构成的材料，具有独特的性质和广泛的应用领域。
高分子材料在日常生活中随处可见，如塑料、橡胶、纤维等。
了解高分子材料的物理性质对于材料的设计、开发和应用具有重要意义。
本文将介绍高分子材料的常用物理性质表征方法。
一、热性质高分子材料的热性质是指材料在受热时的行为和性能。
常用的热性质表征方法包括热重分析法（TGA）、差热分析法（DSC）和动态热机械分析法（DMA）等。
1. 热重分析法（TGA）热重分析法是一种通过测量材料质量随温度变化的方法来研究材料的热稳定性和热分解行为。
通过TGA可以确定高分子材料的热分解温度、热分解程度以及热稳定性等指标。
2. 差热分析法（DSC）差热分析法是一种通过测量材料在加热或冷却过程中吸热或放热的能力来研究材料的热性质。
通过DSC可以确定高分子材料的熔融温度、结晶行为、玻璃化转变温度等。
3. 动态热机械分析法（DMA）动态热机械分析法是一种通过施加一定的频率和振幅的力或应变，测量材料的机械性能随温度变化的方法。
通过DMA可以确定高分子材料的弹性模量、损耗因子、玻璃化转变温度等。
二、力学性质高分子材料的力学性质是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
常用的力学性质表征方法包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等。
1. 拉伸试验拉伸试验是一种通过施加拉力来研究材料的抗拉性能。
通过拉伸试验可以确定高分子材料的弹性模量、屈服强度、断裂伸长率等。
2. 压缩试验压缩试验是一种通过施加压力来研究材料的抗压性能。
通过压缩试验可以确定高分子材料的抗压强度、应变硬化指数等。
3. 弯曲试验弯曲试验是一种通过施加弯矩来研究材料的弯曲性能。
通过弯曲试验可以确定高分子材料的弯曲强度、韧性等。
三、电性质高分子材料的电性质是指材料在电场作用下的行为和性能。
常用的电性质表征方法包括电导率测量、电介电常数测量和电阻率测量等。
1. 电导率测量电导率测量是一种通过测量材料在电场中的电流来研究材料的导电性能。
合成高分子材料的一般合成方法以及表征手段
合成高分子材料的一般合成方法以及表征手段
合成高分子材料的一般合成方法主要有以下几种：
1. 聚合反应：将单体分子通过化学反应的方式，以链延长的形式连接在一起，形成高分子链。
常见的聚合反应有自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合等。
2. 缩聚反应：通过将小分子化合物按照一定的条件和顺序反应，逐步缩小分子尺寸，形成高分子。
常见的缩聚反应有酯化反应、酰胺反应、酰基化反应等。
3. 共聚反应：将两种或多种单体分子按照一定的条件同时聚合，形成共聚物。
常见的共聚反应有乙烯-丙烯共聚、苯乙烯-丙烯
腈共聚等。
4. 交联反应：通过引入交联剂，在高分子链上形成交联结构，提高高分子材料的性能。
常见的交联反应有热交联、辐射交联等。
表征高分子材料的手段主要包括以下几种：
1. 粘度测量：通过测量高分子材料的溶液或溶胶的粘度，来了解高分子链之间的相互作用、聚合度等。
2. 拉伸性能测试：通过拉伸实验来测试高分子材料的抗拉强度、延伸率、断裂强度等力学性能。
3. 热分析：通过热重分析、差热分析、热膨胀等手段，了解高分子材料的热性能，如熔点、玻璃化转变温度等。
4. 分子量测定：通过凝胶渗透色谱、静电平衡、光散射等手段，测定高分子材料的分子量，从而了解其分子量分布、聚合度等参数。
5. 表面形态观察：通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子
显微镜（TEM）等手段观察材料的表面形貌，了解高分子材
料的微观结构。
通过上述合成方法和表征手段，可以合成和了解高分子材料的结构、性质和应用范围，为高分子材料的研究和应用提供基础数据。
高分子材料的表征和性能分析
高分子材料的表征和性能分析高分子材料是一种复合材料，它具有很高的强度和可塑性。
它们被广泛应用于各种领域，如医疗、汽车和航空航天等。
因此，对高分子材料的表征和性能分析非常重要。
一、高分子材料的表征高分子材料的表征是指对高分子材料进行物理、化学和结构等性质的分析。
这些性质可以通过一系列的技术手段进行分析和测试。
以下是几种常用的高分子材料表征技术。
1. X射线衍射技术X射线衍射技术可以用来分析高分子材料的晶体结构和分子排列。
在X射线衍射技术中，X射线通过材料，并与材料中的原子和电子相互作用。
这些相互作用导致了衍射模式的产生。
该技术可以确定高分子材料的晶体结构和分子排列方式，以及材料的结晶度、晶体大小和形态等重要信息。
2. 热分析技术热分析技术可以用来确定高分子材料的热性质，如玻璃化转变温度、热稳定性和热分解温度等。
这些性质对于高分子材料的应用十分重要。
热分析技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和动态机械热分析法（DMA）等。
3. 光谱学技术光谱学技术可以用来分析高分子材料的结构和组成。
其中最常用的技术是傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）和拉曼光谱技术。
这些技术可以提供高分子材料的分子结构、官能团和原子组成等信息。
4. 光学显微镜技术光学显微镜技术可以用来观察高分子材料的表面形态和微观结构。
这些技术包括普通光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等。
这些技术可以提供高分子材料的表面形貌、尺寸和形态等信息。
二、高分子材料的性能分析高分子材料的性能分析主要包括力学性能、热性能和电性能等。
这些性能可以通过一系列测试和分析方法来进行评估。
1. 力学性能分析力学性能分析是对高分子材料的强度、刚度、延伸能力和韧性等性能的评估。
其中最常用的技术是拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和冲击试验等。
通过这些试验可以确定高分子材料的拉伸模量、弹性模量、断裂强度、断裂伸长和吸收能力等性能。
高分子材料的合成与性能表征
高分子材料的合成与性能表征高分子材料是一类由大量重复单元组成的大分子化合物，具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、纤维等。
高分子材料的合成与性能表征是研究和开发高分子材料的重要环节。
本文将从合成方法、性能表征以及应用领域等方面探讨高分子材料的相关内容。
一、高分子材料的合成方法高分子材料的合成方法多种多样，常见的有聚合反应和共聚反应两种。
聚合反应是指通过将单体分子中的多个单体分子连接在一起，形成长链高分子的方法。
常见的聚合反应有自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合等。
共聚反应是指两种或多种不同的单体分子通过化学反应连接在一起，形成共聚物的方法。
共聚反应使得高分子材料具有更多的性能和应用特点。
二、高分子材料的性能表征高分子材料的性能表征是对其物理、化学性质进行测试和评价的过程。
常见的性能表征方法包括热性能测试、力学性能测试、光学性能测试等。
热性能测试主要包括热稳定性、热膨胀系数、热导率等指标的测试。
热稳定性是指高分子材料在高温下的稳定性能，可以通过热重分析仪进行测试。
热膨胀系数是指高分子材料在温度变化时的膨胀程度，可以通过热膨胀仪进行测试。
热导率是指高分子材料传导热量的能力，可以通过热导率仪进行测试。
力学性能测试主要包括拉伸性能、弯曲性能、硬度等指标的测试。
拉伸性能是指高分子材料在拉伸过程中的变形和断裂行为，可以通过拉伸试验机进行测试。
弯曲性能是指高分子材料在弯曲过程中的变形和断裂行为，可以通过弯曲试验机进行测试。
硬度是指高分子材料抵抗划痕和压痕的能力，可以通过硬度计进行测试。
光学性能测试主要包括透明性、折射率、吸光度等指标的测试。
透明性是指高分子材料对光的透过程度，可以通过透光度仪进行测试。
折射率是指高分子材料对光的折射程度，可以通过折射仪进行测试。
吸光度是指高分子材料对光的吸收程度，可以通过分光光度计进行测试。
三、高分子材料的应用领域高分子材料具有广泛的应用领域。
在塑料领域，高分子材料可以用于制造各种塑料制品，如塑料包装材料、塑料容器等。
高分子材料的合成与结构表征方法
高分子材料的合成与结构表征方法高分子材料是一类由大量重复单元组成的大分子化合物，具有许多独特的性质和应用。
为了进一步研究和开发高分子材料，合成和结构表征方法成为至关重要的工具。
本文将介绍一些常见的高分子材料合成方法以及常用的结构表征技术。
一、高分子材料的合成方法1. 缩聚反应：缩聚反应是一种常见的高分子材料合成方法，通过将小分子单体分子间的官能团进行反应，形成长链高分子。
例如，聚酯的合成就是通过酯化反应将酸和醇反应得到的。
2. 聚合反应：聚合反应是将单体分子中的双键或三键进行开环反应，生成高分子链。
常见的聚合反应有自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合和环氧树脂的环开聚合等。
聚合反应可以通过控制反应条件和添加适当的引发剂来控制分子量和分子量分布。
3. 共聚反应：共聚反应是将两种或多种不同的单体分子进行聚合反应，形成具有不同化学结构的高分子材料。
共聚反应可以通过调节单体的摩尔比例和反应条件来控制高分子结构的复杂性和性能。
二、高分子材料的结构表征方法1. 分子量分布测定：高分子材料的分子量对其性能具有重要影响。
常见的分子量分布测定方法有凝胶渗透色谱（GPC）和凝胶电泳等。
GPC是一种基于分子在凝胶柱中的渗透性质进行分离和测定的方法，通过与标准品比较，可以得到高分子材料的分子量分布。
2. 热分析技术：热分析技术包括差示扫描量热分析（DSC）、热重分析（TGA）和动态热机械分析（DMA）等。
DSC可以测定高分子材料的玻璃化转变温度、熔融温度和热稳定性等热性质。
TGA可以测定高分子材料的热分解温度和热稳定性等。
DMA可以测定高分子材料的力学性能和玻璃化转变温度等。
3. 光谱技术：光谱技术包括红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）和拉曼光谱等。
IR可以通过测定高分子材料的红外吸收峰来确定官能团的存在和化学结构。
NMR可以通过测定高分子材料的核磁共振信号来确定分子结构和分子量。
拉曼光谱可以通过测定高分子材料的拉曼散射光谱来确定分子结构和分子间相互作用。
高分子材料分析测试与研究方法
高分子材料分析测试与研究方法引言高分子材料是一类重要的工程材料，公认为21世纪最具潜力的材料之一。
高分子材料的性能与结构密切相关，因此对其进行分析测试与研究是非常必要的。
本文将介绍常用的高分子材料分析测试方法及其研究方法，包括物理性能测试、化学结构分析、热性能分析、力学性能测试以及相关的表征技术。
一、物理性能测试物理性能是高分子材料的基本性能之一，常用的物理性能测试包括密度测量、吸水性能测试、熔融指数测试等。
1. 密度测量密度是衡量材料物理性能的重要指标之一，可以通过比重法、浮力法或压缩气体法等方法进行测量。
其中，比重法是最常用的方法，通过称量样品质量和体积来计算密度。
2. 吸水性能测试吸水性能是衡量材料对水分的吸收能力的指标，可以通过浸泡法、浸水法或密闭测量等方法进行测试。
这些测试方法可以帮助评估材料的耐水性能及吸水后的性能变化。
3. 熔融指数测试熔融指数是衡量高分子材料熔融流动性能的指标，常用的测试方法有熔体指数法、熔体流动速率法等。
通过测量熔融材料的流动性能，可以评估材料的加工性能以及与其他材料的相溶性。
二、化学结构分析化学结构分析是研究高分子材料化学特性的重要手段，常用的化学结构分析方法包括红外光谱分析、核磁共振分析、质谱分析等。
1. 红外光谱分析红外光谱分析是研究材料化学结构的重要手段，通过研究材料在红外波段的吸收谱图，可以确定材料中的官能团、键的类型以及化学环境等信息。
2. 核磁共振分析核磁共振分析是研究材料分子结构及动力学性质的重要方法，通过测量核磁共振信号，可以获得材料中原子的化学环境、相对数量以及分子间的相互作用信息。
3. 质谱分析质谱分析是研究材料分子结构及组成的关键分析方法，通过测量不同质荷比的离子的相对丰度，可以确定材料中的化学元素、分子量以及它们的相对含量等信息。
三、热性能分析热性能是衡量材料耐热性、热膨胀性等重要性能的指标，常用的热性能分析方法包括热重分析、差示扫描量热分析等。
高分子材料的形态结构表征方法
高分子材料的形态结构表征方法高分子材料作为一种重要的材料类型，在各个领域都有广泛的应用。
由于高分子材料的特殊结构和性质，其形态结构表征成为研究和应用中的关键问题。
在本文中，我将介绍几种常用的高分子材料的形态结构表征方法。
一、X射线衍射法X射线衍射法是一种常用的表征高分子材料晶体结构的方法。
通过X射线与高分子晶体的相互作用，可以获取到晶体的衍射图谱。
根据衍射图谱的特征峰位和峰强，可以确定高分子晶体的晶胞参数、晶体结构和晶格定向性等信息。
此外，X射线衍射法还可以用于探测高分子晶体的结构缺陷和晶体的成分分布等。
二、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，通过聚焦电子束扫描样品表面，利用样品表面反射、散射或透射的电子进行图像捕捉。
在高分子材料的形态结构表征中，SEM可以提供高分辨率的表面形貌和形态信息。
通过SEM观察，可以获得高分子材料表面的纹理、孔隙结构和材料表面的粗糙度等信息。
三、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种通过探针与样品表面间的相互作用力进行成像的高分辨率显微镜。
AFM可以在几纳米的水平上观察到样品表面的形貌和微观结构。
对于高分子材料的形态结构表征，AFM可以提供高分辨率的表面拓扑图像，并可以测量高分子材料的力学性能，如弹性模量和硬度等。
四、核磁共振（NMR）核磁共振是一种通过观察原子核在外加磁场下的共振吸收来表征物质结构和性质的方法。
在高分子材料的形态结构表征中，NMR可以提供高分辨率的物质结构信息，包括高分子链的序列和化学结构等。
通过NMR技术，可以分析高分子材料中不同官能团的相对含量和官能团之间的连接方式，揭示高分子材料的化学环境和化学性质。
五、差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法是一种通过测量高分子材料的热力学性质来表征其形态结构的方法。
通过对高分子材料加热或冷却过程中吸收或释放的热量进行测量，并与参考样品进行比较，可以确定高分子材料的玻璃化转变温度、熔点、热分解温度等特征参数。
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工作原理
• X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有 连续X射线和特征X射线两种。晶体可被用作X光的光栅，这些很大数目的粒子 （原子、离子或分子）所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而使得 散射的X射线的强度增强或减弱。由于大量粒子散射波的叠加，互相干涉而产 生最大强度的光束称为X射线的衍射线。满足衍射条件，可应用布拉格公式： 2dsinθ=nλ应用已知波长的X射线来测量θ角，从而计算出晶面间距d，这是用于 X射线结构分析；另一个是应用已知d的晶体来测量θ角，从而计算出特征X射 线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。
小的在后面（即淋洗时间长）。自试样进柱到被淋洗出来，所接受到
的淋出液总体积称为该试样的淋出体积。当仪器和实验条件确定后， 溶质的淋出体积与其分子量有关，分子量愈大，其淋出体积愈小。
应用领域
• 主要研究对象是通用树脂材料的分子量及其分布，如聚丙 烯、聚乙烯等。由于在常温下很难找到适合的能溶解这些 样品的溶剂，制备可用于凝胶分析的溶液系统。现在GPC
• 化学结构不同但相对分子质量相近的物质，不可能通过凝胶色谱法达
到完全的分离纯化的目的。凝胶色谱不能分辨分子大小相近的化合物， 相对分子质量相差需在10%以上才能得到分离。
凝胶渗透色谱的测试原理
• 凝胶具有化学惰性，它不具有吸附、分配和离子交换作用，让被测量 的高聚物溶液通过一根内装不同孔径的色谱柱，柱中可供分子通行的 路径有粒子间的间隙（较大）和粒子内的通孔（较小）。当聚合物溶 液流经色谱柱时，较大的分子被排除在粒子的小孔之外，只能从粒子 间的间隙通过，速率较快；而较小的分子可以进入粒子中的小孔，通 过的速率要慢得多。经过一定长度的色谱柱，分子根据相对分子质量 被分开，相对分子质量大的在前面（即淋洗时间短），相对分子质量
团的含量有关，可用于进行定量分析和纯度鉴定。
XRD
• XRD 即X-ray diffraction 的缩写，X射线衍射，通过对 材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、 材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。
• X射线是一种波长很短(约为20～0.06埃)的电磁波，能穿
透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、 气体电离。在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线中,包 含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特 征（或标识）X射线。
高分子材料的表征• 凝胶渗透色 Nhomakorabea • 红外光谱 • XRD
凝胶渗透色谱
• 凝胶渗透色谱，是六十年代初发展起来的一种快速而又简单的分离分 析技术，由于设备简单、操作方便，不需要有机溶剂，对高分子物质 有很高的分离效果。凝胶色谱不但可以用于分离测定高聚物的相对分 子质量和相对分子质量分布。同时根据所用凝胶填料不同，可分离油 溶性和水溶性物质，分离相对分子质量的范围从几百万到100以下。 凝胶色谱主要用于高聚物的相对分子质量分级分析以及相对分子质量 分布测试,凝胶色谱也广泛用于分离小分子化合物。
在很多高分子物质，比如，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、
PS(聚苯乙烯)、PP(聚丙烯）等的分子量测定和分析中发挥 了重要的作用
红外光谱
在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的 状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，用红外光 照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收， 不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不 同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
应用领域
• X射线衍射(包括散射)已经成为研究晶体物质和某些非晶 态物质微观结构的有效方法，主要是对照标准谱图分析纳 米粒子的组成，分析粒径，结晶度等。
• 物相分析，精密测定点阵参数，取向分析，晶粒（嵌镶块）
大小和微观应力的测定，对晶体结构不完整性的研究。
是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结
构和鉴别化合物的分析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就 得到红外光谱图。
应用领域
• 红外光谱对样品的适用性相当广泛，固态、液态或气态样品都能应用， 无机、有机、高分子化合物都可检测红外光谱在高聚物的构型、构象、 力学性质的研究以及物理、天文、气象、遥感、生物、医学等领域也 有广泛的应用。 • 红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴别未 知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与化学基
原理
• 红外吸收光谱是由分子动能级的跃迁而产生的，物质吸收电磁辐射应满足两 个条件辐射（1）应具有刚好能满座物质跃迁时所需的能量（2）辐射与物质 之间的偶合作用。 • 当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或 转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能 级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能 级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外红外光谱 光谱法实质上