高分子材料研究方法

高分子材料研究方法
三、聚合物结构与性能测定方法概述1、聚合物结构的测定方法
(1)链结构:广角X-衍射(WAXD)、电子衍射(ED)、
中心散射法、裂解色谱——质谱、紫外吸收光谱、红
外吸收光谱、拉曼光谱、微波分光法、核磁共振法、
顺磁共振法、荧光光谱、偶极距法、旋光分光法、电
子能谱等。

(2)凝聚态结构:小角X-散射(SAXS)、电子衍射法
(ED)、电子显微镜(SEM、TEM)、光学显微镜
(POM)、原子力显微镜(AFM)、固体小角激光光
散射(SSALS)
?
•结晶度:X射线衍射法(WAXD)、电子衍射法
(ED)、核磁共振吸收(NMR)、红外吸收光谱
(IR)、密度法、热分解法
•聚合物取向度:双折射法(double refraction)、X射
线衍射、圆二向色性法、红外二向色性法(infrared dichroism)
•聚合物分子链整体的结构形态:
•分子量:溶液光散射、凝胶渗透色谱、沸点升高、黏度
法、扩散法、超速离心法、溶液激光小角光散射、渗透
压法、气相渗透压法、端基滴定法
•支化度:化学反应法、红外光谱法、凝胶渗透色谱法、
粘度法
•交联度:溶胀法、力学测量法
•分子量分布:凝胶渗透色谱、熔体流变行为、分级沉淀
法、超速离心法
2、聚合物分子运动(转变与松弛)的测定,体积的变化:膨胀计法、折射系数测定法,热力学性质的变化:差热分析法(DTA)、差示扫描量热法(DSC) ,力学性质的变化:热机械法、应力松弛法，动态测量法如动态模量和内耗等,电磁效应:介电松弛、核磁共振(NMR) •
3、聚合物性能的测定(略)
,其它常用的高分子测试仪器
•XPS ( X-射线光电子能谱)
•Ellipsometry( 椭圆偏振仪)
•X-薄膜衍射仪 1(质谱的概巵:有机列合物的分子在高真空中受到电子流轰击或强电场作用(分子会丢??个外层电子，生成带正电荷的倆子离子,同时化学键乛会发生某丛规律性的断裂，生成各种特征质量的碎片离子。

这些碻孀在电场和磁场的作甪下，按照质荷比(m,z)大小的顺序分离开来，收集和记录这些离子就得到质谱图。

2. 紫外-可见吸收光谱是利用某些物质的分子吸收200 ~ 800 nm光谱区的辐射来进行分析表征的方法。

这种分子吸收光谱产生于价电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机化合物的结构表征和定量分析。

3. 紫外光谱是带状光谱的原因:在电子能级跃迁的同时，总是伴随着多个振动和转动能级跃迁。

4. 吸收带的划分
跃迁类吸收带特征 , max
型
,,,* 远紫外区远紫外区测定
n,,* 远紫外区紫外区短波长端至远紫外区的
吸收
E 芳香环的双键吸收 >2000
,,,* K 共轭多烯、取代芳香化合物等>10,000
的吸收
B 芳香环、芳香杂环化合物的芳>100
香环吸收。

有的具有精细结构
n,,* R 含CO，NO等n电子基团的吸收 <100 2
5. 红移(red shift):
由于化合物的结构改变，如发生共轭、引入助色基，以及溶剂改变等，使吸收峰向长波方向移动的现象
6. 蓝(紫)移(blue shift):
化合物结构改变时或受溶剂影响使吸收峰向短波方向移动的现象。

7. X射线
衍射方法是当今研究物质微观结构的主要方法 8. 原理:X射线是高速运动的粒子
与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。

9. X射线产生条件:产生自由电子;使电子作定向的高速运动;在其
运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。

10.高分子晶体的特点:晶胞由链段构成;折叠链;结晶不完善;结构的复杂性及多重性
11.作业:某聚合物的广角X射线衍射如图所示，
晶面(110)与(200)衍射峰对应的2θ分别为 21. 180，23. 540 ，
衍射峰的半高宽B分别为0.3，0.4，形状因子K=0.9，所用靶材为铜，仪器角度增宽因子b0 为0.15，(λCu=1.5418Å)
请分别求出晶面(110)与(200)的晶粒尺寸大小,
12. NMR与IR、UV均属于吸收光谱
红外吸收光谱源于分子的振动-转动能级间的跃迁
紫外-可见吸收光谱源于分子的电子能级间的跃迁
核磁共振谱源于原子核能级间的跃迁
13.核磁共振:用能量等于,E的电磁波照射磁场中的磁性核，则低能级上的某些核会被激发到高能级上去，同时高能级上的某些核会放出能量返回低能级，产生能级间的能量转移，此即核磁共振。

NMR,利用磁场中的磁性原子核吸收电磁波时产生的能级分裂与共振现象
14.产生核磁共振的条件
(1) 核有自旋(磁性核)
(2)外磁场,能级裂分
(3)照射频率与外磁场的比值,0 / H0 = , / (2, ) 15.红外吸收的基本原理
, 物质的分子是由原子组成的。

在分子内部存在着三种运动形
式，即电子绕原子核运动，原子核的振动和转动。

每种运动都
有一定的量子化的能量 E,E平， E转， E振， E电
, 用红外光照射化合物分子，分子吸收红外光的能量使其振动能
级和转动能级产生跃迁
, 只有当外来电磁辐射的能量恰好等于基态与某一激发态的能
量之差时(ΔΕ=hυ)，这个能量才能被分子吸收产生红外光
谱，或者说只有当外来电磁辐射的频率恰好等于从基态跃迁到
某一激发态的频率时，则产生共振吸收——产生红外光谱。

, 红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。

16.红外光谱产生的条件:红外光谱振动频率=分子振动频率;红外活
性:红外光与分子间有偶合作用，只有引起分子偶极矩发生变化
的振动才能引起红外吸收
17.即使同一物质，其红外谱图的测定条件，如测定方法，样品状态、浓度、溶剂、仪器操作条件等不同，谱图也有所差别 18.聚合物的谱带:组成吸收带;构象谱带;立构规整性谱带;构象
规整性谱带;结晶谱带。

19. 红外光谱解析的三要素:位置;峰形;强度
20. 分子振动的形式:伸缩振动;弯曲振动
21. 拉曼位移:斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差
大小与入射光的频率无关，只与分子的能级结构有关 22. 激光拉曼光谱与红外光谱的比较
, 拉曼效应产生于入射光子与分子振动能级的能量交换
, 分子的对称性愈高，红外与拉曼光谱的区别就愈大，非极性官
能团的拉曼散射谱带较强，极性官能团的红外谱带较强
对于链状聚合物，碳链上的取代基团用红外检测，而碳链的振动用拉曼光谱表征
23. 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱红外光谱
-1-1 光谱范围40-4000Cm 光谱范围400 -4000Cm
水可作为溶剂水不能作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器
不能用玻璃容器测定中直接测定
固体样品可直接测定需要研磨制成KBR压片
24. 差热分析(DTA):差热分析(DTA)是在程序控制温度下，建立
被测量物质和参比物的温度差与温度关系的一种技术。

25. DTA的基本原理:热分析仪主要由转换器，记录器和温度控制器
三部分组成。

差热分析仪是用电炉中的试样及参比物支持器
间的温差热电偶，把温差信号变为电信号(通常是电压)，然
后经放大记录。

26. 热重分析(TGA):热重法(Thermogravimetry)简称TG，是在
程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。

27. 差示扫描量热法(DSC) DSC是测量输入到试样和参比物的热流量
差或功率差与温度或时间的关系
28. DSC与DTA测定原理的不同
DSC是在控制温度变化情况下，以温度(或时间)为横坐标，以
样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描
曲线。

DTA是测量,T-T 的关系，而DSC是保持,T = 0，测定,H-T 的
关系。

两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结
果可用于定量分析。

29.作业: 某PET试样的DSC谱图如下，已知结晶度为100%的PET重
复单元的熔融热焓是24.1KJ/mol,请计算出该PET试样的结晶
度,
30.偏光显微镜:
31.透射电镜(TEM)
32.电镜三要素:分辨率，放大倍数，衬度。

33.扫描电镜(SEM)
34. 生色基 (chromophore):能在紫外-可见光区域产生吸收带的官
能团，如一个或几个不饱和键，芳环
35. 助色基 (auxochrome):本身不能产生吸收带，但与生色基团相
连时，能增强生色基的生色能力，使其吸收带向长波方向移动。

36.核磁共振(NMR)的重要条件:外加磁场
, NMR信号的产生:样品是否吸收，由核的种类决定
, 样品的吸收频率:无线电电磁波
, NMR谱:吸收峰频率(化学位移)与峰强度的关系。