现代材料分析测试技术显微分析技术IR优秀课件
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无时间依赖性
以污染物纤维成核的PP正交偏光照片 （281×）
1.1.4.3 球晶的生长和结晶动力学
(1)球晶的生长示意图
（2）结晶动力学
试样熔融后立即进行等温结晶 (附有等速升温和恒温物台)
球晶组织形态
球晶的径向生长速度
以单位时间内球晶半径增加的长度
表示（ m/min），即直线斜率
r/ m
球晶
1.1.4.2观察球晶的成核情况
聚合物结晶过程
晶核形成
晶粒生长
晶核形成
均相成核
熔体中的高分子链段依靠热运动 形成有序排列的链束（晶核）
有时间依赖性
异相成核
以外来杂质、未完全熔融的残余结晶 聚合物、分散的小颗粒固体或容器的 器壁、以及样品的表面为中心，吸附 熔体中的高分子链后经有序排列而形 成晶核。
1.1.4.5 两相聚合物相容性的观察
相差显微镜
PVC/PAN体系
(1)聚合物配比 (2) 温度
对相容性的影响
9：1 7：3
8：2 6：4
60ºC
40ºC
15ºC
2. 电子显微镜
透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscope, TEM )
扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscope, SEM )
现代材料分析测试 技术显微分析技术
IR
1. 光学显微镜
光学显微镜的极限分辨率：0.2 m
光学显微镜的最大放大倍数 =
人眼极限分辨率 0.2mm
=
= 1000倍
显微 镜分辨率 0.2m
1.1 光学显微镜的结构与原理
相差显微镜 (Phase Contrast Microscope)
偏光显微镜 (Polarized Light Microscope)
扫描电子显微镜观察下的蜘蛛单丝断面
蜘蛛丝被拉断时显示出的"皮"结构，也 称"鞘" 结构（箭头所示部分）
蜘蛛丝被拉断时显示出的"芯"结构， 也称"剑" 结构（箭头所示部分）
制样方法
热压制膜 溶液浇铸制膜
打磨
切片
复型
崩裂
1.1.4光学显微镜在高分子研 究中的应用
偏光显微镜主要用于研究球晶和取向态结构（各向异性） 相差显微镜主要用于观察透明体组成的相态结构
聚合物结晶形态观察
晶格 片晶
1-10Å
XRD
10-100nm SEM,TEM
球晶 1-10 m
偏光
晶格又称空间格子，用以说明晶体内部 结构规律性的一种几何图形，即构成晶 体的质点(离子、原子或分子)以一定的规 则在空间确定的点上作格子状的周期性 重复排列，构成了无数个向三维空间无 限伸展的、相互迭置的六面体。
蜘蛛丝究竟有多坚韧呢？同样粗细的钢丝和蜘蛛丝一 起接受拉力试验，扯断蜘蛛丝的能耗比扯断钢丝的能 耗足足高出100倍！
蜘蛛丝的重量特别轻，长达数千米也不过1克重。在 各类蜘蛛丝中，尤以用来构建蜘蛛网骨架的拖牵丝的 韧性为最，远超过目前防弹衣材料凯夫拉 (kevlar) 纤维，而且，它比后者更富于弹性和伸缩性。
14种类型
1.1.4.1 观察聚合物球晶形态
PE 等规PP
Nylon
溶液中析出 在没有应力或流动存在的情况下 球晶
熔体冷却
马尔他十字消光图象 (Maltese Cross)
对称性 双折射性质
单个PE球晶的偏光显微镜照片 （720×）
多个PE球晶的偏光显微镜照片 （55×）
具消光环的偏光显微镜照（ 720×）
t/min
1.1.4. 4观察高分子液晶的织构
液晶的光学织构 液晶薄膜在偏光显微镜下所观察到的图像 液晶的每种晶型的织构各不相同，
因此鉴别液晶不同的晶型。 一般鉴别向列型和胆淄型液晶较可靠， 近晶型则可靠性较低。
在偏光显微镜下看到的液晶集合体 胆甾相液晶
胆甾相液晶
由螺旋状液晶层的重叠所构成
2.1 电镜的构造及成像原理 (自学,教材P185,P187)
wk.baidu.com
3
4
5
2
6
7 1
8
9
电子与物质作用产生的信息
1-感应电导 2-荧光 3-特征X射线 4-二次电子 5-背散射电子 6-俄歇电子 7-吸收电子 8-试样 9-透射电子
2.2 电子与物质相互作用
透射: 电子直接穿过样品,电子与物质无相互作用 散射: 电子与样品相互作用,电子运动方向改变
貌分析 放大倍数范围广，从十几倍到20000倍，覆
盖了光学显微镜和透射电镜的范围。 制样简单，样品电子损伤小。
2.5制样技术
(自学,参考 张权编《聚合物显微学》 )
2.6 电镜在聚合物研究中的应用
2.6.1 聚合物结晶形态的观察
PE单晶（0.05%二甲苯溶液5oC结晶
)
线型PE球晶局部的TEM照片（ 2600×）
随着温度的变化呈现出鲜艳的干涉色，因而 最初被应用于温度计的显示
是最早应用于商业用途的。
在偏光显微镜下看到的液晶集合体
向列相液晶
向列相液晶
是最接近于液体的液晶相，也是最容易 处理的液晶相。
现在市场上所出售的液晶显示器几乎都 使用该液晶。
液晶的焦锥织构
一种芳香共聚酯的纹影织构（偏光 ，730×）
弹性散射 电子只改变运动方向；能量不发生变化 非弹性散射: 电子运动方向和能量同时发生变化.
2.3 TEM特点
基本构造与光学显微镜相似,主要由光源 、物镜、投影镜三部分组成,所不同的是 用电子束代替了光束,用磁透镜代替了玻 璃透镜
利用透射电子成像 必须在高真空下进行观察
2.4 SEM特点
利用二次电子和背散射电子成像 焦深大，图像富有立体感，特别适合于表面形
1.1.1 偏光显微镜的结构
试样台
上：检偏镜 下：起偏镜
各向异性
双折射现象
1.1.2 相差显微镜
光栏： 在光源和聚光镜之间 相板： 物镜后焦平面处
由光学玻璃制成的具有一定厚度和折射率的薄片
观察透明体组成的高分子共混物共混程度
1.1.3制样技术(实验课讲)
对于显微技术来说,制样是非常关键的一步 ，样品制备不好会丢失许多重要的结构信息 ,甚至会造成假象,误导我们作出错误的解释 。
PE串晶的TEM照片
2.6.2 液晶织构的观察
液晶的条带织构
a - SEM
b - TEM
2.6.3 纤维的观察
典型织物的SEM照片(17×)
无纺布的SEM照片
扫描电子显微镜下的蜘蛛单丝表面
生物钢—蜘蛛丝
只要有一根铅笔般粗细的蜘蛛丝，就能抵御一架波音 747大型客机起飞时的动力（拖住不让起飞）
以污染物纤维成核的PP正交偏光照片 （281×）
1.1.4.3 球晶的生长和结晶动力学
(1)球晶的生长示意图
（2）结晶动力学
试样熔融后立即进行等温结晶 (附有等速升温和恒温物台)
球晶组织形态
球晶的径向生长速度
以单位时间内球晶半径增加的长度
表示（ m/min），即直线斜率
r/ m
球晶
1.1.4.2观察球晶的成核情况
聚合物结晶过程
晶核形成
晶粒生长
晶核形成
均相成核
熔体中的高分子链段依靠热运动 形成有序排列的链束（晶核）
有时间依赖性
异相成核
以外来杂质、未完全熔融的残余结晶 聚合物、分散的小颗粒固体或容器的 器壁、以及样品的表面为中心，吸附 熔体中的高分子链后经有序排列而形 成晶核。
1.1.4.5 两相聚合物相容性的观察
相差显微镜
PVC/PAN体系
(1)聚合物配比 (2) 温度
对相容性的影响
9：1 7：3
8：2 6：4
60ºC
40ºC
15ºC
2. 电子显微镜
透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscope, TEM )
扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscope, SEM )
现代材料分析测试 技术显微分析技术
IR
1. 光学显微镜
光学显微镜的极限分辨率：0.2 m
光学显微镜的最大放大倍数 =
人眼极限分辨率 0.2mm
=
= 1000倍
显微 镜分辨率 0.2m
1.1 光学显微镜的结构与原理
相差显微镜 (Phase Contrast Microscope)
偏光显微镜 (Polarized Light Microscope)
扫描电子显微镜观察下的蜘蛛单丝断面
蜘蛛丝被拉断时显示出的"皮"结构，也 称"鞘" 结构（箭头所示部分）
蜘蛛丝被拉断时显示出的"芯"结构， 也称"剑" 结构（箭头所示部分）
制样方法
热压制膜 溶液浇铸制膜
打磨
切片
复型
崩裂
1.1.4光学显微镜在高分子研 究中的应用
偏光显微镜主要用于研究球晶和取向态结构（各向异性） 相差显微镜主要用于观察透明体组成的相态结构
聚合物结晶形态观察
晶格 片晶
1-10Å
XRD
10-100nm SEM,TEM
球晶 1-10 m
偏光
晶格又称空间格子，用以说明晶体内部 结构规律性的一种几何图形，即构成晶 体的质点(离子、原子或分子)以一定的规 则在空间确定的点上作格子状的周期性 重复排列，构成了无数个向三维空间无 限伸展的、相互迭置的六面体。
蜘蛛丝究竟有多坚韧呢？同样粗细的钢丝和蜘蛛丝一 起接受拉力试验，扯断蜘蛛丝的能耗比扯断钢丝的能 耗足足高出100倍！
蜘蛛丝的重量特别轻，长达数千米也不过1克重。在 各类蜘蛛丝中，尤以用来构建蜘蛛网骨架的拖牵丝的 韧性为最，远超过目前防弹衣材料凯夫拉 (kevlar) 纤维，而且，它比后者更富于弹性和伸缩性。
14种类型
1.1.4.1 观察聚合物球晶形态
PE 等规PP
Nylon
溶液中析出 在没有应力或流动存在的情况下 球晶
熔体冷却
马尔他十字消光图象 (Maltese Cross)
对称性 双折射性质
单个PE球晶的偏光显微镜照片 （720×）
多个PE球晶的偏光显微镜照片 （55×）
具消光环的偏光显微镜照（ 720×）
t/min
1.1.4. 4观察高分子液晶的织构
液晶的光学织构 液晶薄膜在偏光显微镜下所观察到的图像 液晶的每种晶型的织构各不相同，
因此鉴别液晶不同的晶型。 一般鉴别向列型和胆淄型液晶较可靠， 近晶型则可靠性较低。
在偏光显微镜下看到的液晶集合体 胆甾相液晶
胆甾相液晶
由螺旋状液晶层的重叠所构成
2.1 电镜的构造及成像原理 (自学,教材P185,P187)
wk.baidu.com
3
4
5
2
6
7 1
8
9
电子与物质作用产生的信息
1-感应电导 2-荧光 3-特征X射线 4-二次电子 5-背散射电子 6-俄歇电子 7-吸收电子 8-试样 9-透射电子
2.2 电子与物质相互作用
透射: 电子直接穿过样品,电子与物质无相互作用 散射: 电子与样品相互作用,电子运动方向改变
貌分析 放大倍数范围广，从十几倍到20000倍，覆
盖了光学显微镜和透射电镜的范围。 制样简单，样品电子损伤小。
2.5制样技术
(自学,参考 张权编《聚合物显微学》 )
2.6 电镜在聚合物研究中的应用
2.6.1 聚合物结晶形态的观察
PE单晶（0.05%二甲苯溶液5oC结晶
)
线型PE球晶局部的TEM照片（ 2600×）
随着温度的变化呈现出鲜艳的干涉色，因而 最初被应用于温度计的显示
是最早应用于商业用途的。
在偏光显微镜下看到的液晶集合体
向列相液晶
向列相液晶
是最接近于液体的液晶相，也是最容易 处理的液晶相。
现在市场上所出售的液晶显示器几乎都 使用该液晶。
液晶的焦锥织构
一种芳香共聚酯的纹影织构（偏光 ，730×）
弹性散射 电子只改变运动方向；能量不发生变化 非弹性散射: 电子运动方向和能量同时发生变化.
2.3 TEM特点
基本构造与光学显微镜相似,主要由光源 、物镜、投影镜三部分组成,所不同的是 用电子束代替了光束,用磁透镜代替了玻 璃透镜
利用透射电子成像 必须在高真空下进行观察
2.4 SEM特点
利用二次电子和背散射电子成像 焦深大，图像富有立体感，特别适合于表面形
1.1.1 偏光显微镜的结构
试样台
上：检偏镜 下：起偏镜
各向异性
双折射现象
1.1.2 相差显微镜
光栏： 在光源和聚光镜之间 相板： 物镜后焦平面处
由光学玻璃制成的具有一定厚度和折射率的薄片
观察透明体组成的高分子共混物共混程度
1.1.3制样技术(实验课讲)
对于显微技术来说,制样是非常关键的一步 ，样品制备不好会丢失许多重要的结构信息 ,甚至会造成假象,误导我们作出错误的解释 。
PE串晶的TEM照片
2.6.2 液晶织构的观察
液晶的条带织构
a - SEM
b - TEM
2.6.3 纤维的观察
典型织物的SEM照片(17×)
无纺布的SEM照片
扫描电子显微镜下的蜘蛛单丝表面
生物钢—蜘蛛丝
只要有一根铅笔般粗细的蜘蛛丝，就能抵御一架波音 747大型客机起飞时的动力（拖住不让起飞）