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