第1篇7X射線衍射法(高分子性能與測試技術(shù))ppt課件

1、精選ppt精選ppt4.1 4.1 基本原理基本原理4.2 4.2 多晶多晶X X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法射線衍射實(shí)驗(yàn)方法4.3 4.3 多晶多晶X X射線衍射在高聚物中的應(yīng)用射線衍射在高聚物中的應(yīng)用4.4 4.4 小角小角X X射線衍射法簡介射線衍射法簡介精選ppt4.1 4.1 基本原理基本原理由由X X射線管產(chǎn)生，射線管產(chǎn)生， 是一種波長很短（是一種波長很短（0.05-0.25nm)0.05-0.25nm)的電磁波的電磁波白色白色X X射線：具有連續(xù)變化波長射線：具有連續(xù)變化波長特征特征X X射線：具有特定波長，波長由靶決定射線：具有特定波長，波長由靶決定有機(jī)高分子材料：有機(jī)高分子材料：Cu靶靶

2、特征特征X射線衍射波長射線衍射波長: 0.15440.1540nm精選ppt當(dāng)一束單色的當(dāng)一束單色的X X射線照射到試樣上時(shí)，可觀察到兩個(gè)過程：射線照射到試樣上時(shí)，可觀察到兩個(gè)過程：）如果試樣）如果試樣具有周期性結(jié)構(gòu)具有周期性結(jié)構(gòu)（晶區(qū)），則射線被（晶區(qū)），則射線被相干散相干散射射，入射光與散射光之間沒有波長的變化，這種過程稱為，入射光與散射光之間沒有波長的變化，這種過程稱為射線衍射射線衍射效應(yīng)，在大角度上測定，又稱為大角射線衍射效應(yīng)，在大角度上測定，又稱為大角射線衍射（）。（）。）如果試樣具有不同電子密度的）如果試樣具有不同電子密度的非周期性結(jié)構(gòu)非周期性結(jié)構(gòu)（晶區(qū)和非（晶區(qū)和非晶區(qū)），則晶區(qū)

3、），則X X射線被射線被不相干散射不相干散射，有波長的改變有波長的改變，這種過程，這種過程稱為稱為漫射漫射X X射線衍射射線衍射效應(yīng)（簡稱散射），在小角度上測定，效應(yīng)（簡稱散射），在小角度上測定，又稱為小角又稱為小角X X射線衍射（射線衍射（SAXSSAXS）。）。4.1 4.1 基本原理基本原理精選ppt基本原理：基本原理：X射線射入晶體射線射入晶體晶體內(nèi)原子發(fā)射次生晶體內(nèi)原子發(fā)射次生X射線射線光程差導(dǎo)致干涉現(xiàn)象光程差導(dǎo)致干涉現(xiàn)象光程差等于波長的整數(shù)倍互相疊加光程差等于波長的整數(shù)倍互相疊加強(qiáng)度大，可以檢測強(qiáng)度大，可以檢測到信號到信號精選ppt測定方法：測定方法：晶體產(chǎn)生晶體產(chǎn)生X射線衍射（布

4、拉格反射）的條件射線衍射（布拉格反射）的條件布拉格（布拉格（Bragg）公式：）公式：sin2dn入射波長入射波長晶面間距晶面間距入射角入射角衍射級數(shù)衍射級數(shù)精選ppt4.2 4.2 多晶多晶X X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法射線衍射實(shí)驗(yàn)方法多晶多晶X X射線衍射：射線衍射：指以指以多晶材料多晶材料或者或者多晶聚集體多晶聚集體為試為試樣的衍射實(shí)驗(yàn)。樣的衍射實(shí)驗(yàn)。測試中每個(gè)被照射到的小晶粒，在其測試中每個(gè)被照射到的小晶粒，在其某族晶面某族晶面與入射與入射X射線夾射線夾角滿足角滿足Bragg方程時(shí)，會產(chǎn)生方程時(shí)，會產(chǎn)生Bragg反射反射-衍射，實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生衍射，實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的衍射是大量（百萬個(gè)以上）小晶粒發(fā)生衍射

5、的總效果。的衍射是大量（百萬個(gè)以上）小晶粒發(fā)生衍射的總效果。高聚物主要呈現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)，多采用多晶高聚物主要呈現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)，多采用多晶X射線衍射法。射線衍射法。根據(jù)記錄方式不同分為：多晶照相法、多晶衍射法根據(jù)記錄方式不同分為：多晶照相法、多晶衍射法精選ppt4.2 4.2 多晶多晶X X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法射線衍射實(shí)驗(yàn)方法制樣制樣：長長10mm, 寬寬2-3mm, 厚厚0.5-1mm細(xì)窄片條細(xì)窄片條通過膠片對于通過膠片對于X射線的感光度記錄衍射方向和強(qiáng)度的不同射線的感光度記錄衍射方向和強(qiáng)度的不同精選ppt 典型聚集態(tài)的照相底片特征：典型聚集態(tài)的照相底片特征：無擇優(yōu)取向多晶試樣無擇優(yōu)取向多晶試樣同

6、心衍射圓環(huán)同心衍射圓環(huán)部分擇優(yōu)取向多部分擇優(yōu)取向多晶試樣晶試樣對稱衍射弧對稱衍射弧完全取向多晶試樣完全取向多晶試樣對稱斑對稱斑非晶態(tài)試樣非晶態(tài)試樣彌漫散射環(huán)彌漫散射環(huán)abcd精選ppt 多晶照相法作用多晶照相法作用直觀定性直觀定性判斷試樣中結(jié)晶狀況。判斷試樣中結(jié)晶狀況。主要是對于試樣中主要是對于試樣中有無結(jié)晶有無結(jié)晶，晶粒是否，晶粒是否擇優(yōu)擇優(yōu)取向取向，取向程度取向程度等進(jìn)行定性判斷。等進(jìn)行定性判斷。精選ppt制樣制樣：平板式，長寬平板式，長寬25-35mm, 25-35mm, 高聚物厚度高聚物厚度0.5-1mm0.5-1mm根據(jù)根據(jù)X X射線的氣體電離效應(yīng)，利用充有惰性氣體的計(jì)數(shù)射線的氣體電

7、離效應(yīng)，利用充有惰性氣體的計(jì)數(shù)管，逐個(gè)記錄管，逐個(gè)記錄X X射線光子，將之轉(zhuǎn)化為脈沖信號后，利射線光子，將之轉(zhuǎn)化為脈沖信號后，利用傳輸系統(tǒng)，在記錄儀上繪出關(guān)于用傳輸系統(tǒng)，在記錄儀上繪出關(guān)于衍射方向（衍射方向（2 2）和和衍射強(qiáng)度（衍射強(qiáng)度（I I）的譜圖。的譜圖。精選pptbcda衍射峰尖銳，衍射峰尖銳，基線緩平基線緩平衍射峰尖銳，衍射峰尖銳，基線隆起，晶基線隆起，晶態(tài)與非晶態(tài)差態(tài)與非晶態(tài)差別明顯別明顯寬化寬化“隆峰隆峰”隆峰上有突出隆峰上有突出峰，不尖銳，峰，不尖銳，晶相不完整晶相不完整典型聚集態(tài)衍射譜圖的特征示意圖典型聚集態(tài)衍射譜圖的特征示意圖晶態(tài)試樣晶態(tài)試樣固態(tài)非晶試樣固態(tài)非晶試樣半晶態(tài)

8、試樣半晶態(tài)試樣半晶態(tài)試樣半晶態(tài)試樣2/oI(CPS)衍射角衍射角衍射強(qiáng)度衍射強(qiáng)度精選ppt 多晶衍射儀法作用多晶衍射儀法作用 獲得材料或物質(zhì)的衍射譜圖。獲得材料或物質(zhì)的衍射譜圖。 根據(jù)衍射圖中的峰位、峰形及峰的相對強(qiáng)度，可根據(jù)衍射圖中的峰位、峰形及峰的相對強(qiáng)度，可 以進(jìn)行物相分析、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)分析等工作。以進(jìn)行物相分析、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)分析等工作。 在高聚物中主要用于考察物相、結(jié)晶度、晶粒擇在高聚物中主要用于考察物相、結(jié)晶度、晶粒擇優(yōu)取向和晶粒尺寸。優(yōu)取向和晶粒尺寸。精選ppt4.3 4.3 多晶多晶X X射線衍射在高聚物中的應(yīng)用射線衍射在高聚物中的應(yīng)用精選ppt1 1）任何一種結(jié)晶物質(zhì)都具有特定的晶

9、體結(jié)構(gòu)，在一定波）任何一種結(jié)晶物質(zhì)都具有特定的晶體結(jié)構(gòu)，在一定波長的長的X X射線照射下，每種晶體物質(zhì)都給出自己特有的衍射射線照射下，每種晶體物質(zhì)都給出自己特有的衍射花樣花樣- - “指紋花樣指紋花樣” ；2）晶態(tài)試樣的衍射花樣在譜圖上表現(xiàn)為一系列衍射峰。）晶態(tài)試樣的衍射花樣在譜圖上表現(xiàn)為一系列衍射峰。各峰的位置各峰的位置2（衍射角）和（衍射角）和I/II/I0 0 （衍射線衍射線相對強(qiáng)度）是相對強(qiáng)度）是確定的；確定的；用用2dsin2dsin= =可求出晶面間距可求出晶面間距d d。3 3）通常用）通常用d d（晶面間距表征衍射線位置）和晶面間距表征衍射線位置）和I/II/I0 0（ I I

10、0 0為為最強(qiáng)線的強(qiáng)度）的數(shù)據(jù)代表衍射花樣。用最強(qiáng)線的強(qiáng)度）的數(shù)據(jù)代表衍射花樣。用d- I/Id- I/I0 0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)作為識別物相的基本判據(jù)；作為識別物相的基本判據(jù)；4 4）混合物相的譜圖是各組分相分別產(chǎn)生衍射或散射的簡）混合物相的譜圖是各組分相分別產(chǎn)生衍射或散射的簡單機(jī)械疊加。單機(jī)械疊加。精選ppt（1 1）實(shí)驗(yàn)得到樣品的衍射圖，將之與）實(shí)驗(yàn)得到樣品的衍射圖，將之與已知物相已知物相在相同實(shí)在相同實(shí)驗(yàn)條件下的衍射圖直接比較，根據(jù)峰位驗(yàn)條件下的衍射圖直接比較，根據(jù)峰位2 2、相對強(qiáng)度、相對強(qiáng)度I/II/I0 0、樣品結(jié)構(gòu)已知信息等判別代定物相。樣品結(jié)構(gòu)已知信息等判別代定物相。（2 2）實(shí)驗(yàn)得到

11、待定樣品衍射圖，求出各衍射峰對應(yīng)的面）實(shí)驗(yàn)得到待定樣品衍射圖，求出各衍射峰對應(yīng)的面間距間距d d值，結(jié)合各峰相對強(qiáng)度值，結(jié)合各峰相對強(qiáng)度I/II/I0 0值及試樣結(jié)構(gòu)已知信息值及試樣結(jié)構(gòu)已知信息等，對照檢索等，對照檢索PDFPDF卡片卡片定性相分析。定性相分析。以以2 29090的衍射線為主要依據(jù)的衍射線為主要依據(jù)精選ppt物相分析基本內(nèi)容：物相分析基本內(nèi)容：1）區(qū)分晶態(tài)與非晶態(tài)）區(qū)分晶態(tài)與非晶態(tài)2）聚合物鑒定）聚合物鑒定（鑒別是否有結(jié)晶）（鑒別是否有結(jié)晶）將衍射圖與典型聚集態(tài)衍射譜圖進(jìn)行對比。將衍射圖與典型聚集態(tài)衍射譜圖進(jìn)行對比。3）識別晶體類型）識別晶體類型1020304001002003

12、00400500600I(CPS)2 /o殼聚糖殼聚糖X射線衍射譜圖射線衍射譜圖半晶態(tài)聚合物半晶態(tài)聚合物彌散彌散“隆峰隆峰”樣品中有非晶態(tài)樣品中有非晶態(tài)尖銳峰尖銳峰結(jié)晶存在結(jié)晶存在不尖銳不彌散的不尖銳不彌散的“突出峰突出峰”有有結(jié)晶存在，但不完善結(jié)晶存在，但不完善精選ppt2）聚合物鑒定）聚合物鑒定對于非晶態(tài)聚合物：對于非晶態(tài)聚合物： 將衍射圖與將衍射圖與已知某種非晶聚合物已知某種非晶聚合物在同樣實(shí)驗(yàn)條件下的在同樣實(shí)驗(yàn)條件下的衍射圖比較衍射圖比較，看隆峰的峰位看隆峰的峰位2是否吻合，并觀是否吻合，并觀察峰形是否相符，用于初步推斷察峰形是否相符，用于初步推斷樣品。樣品。對于結(jié)晶性聚合物：對于結(jié)晶

13、性聚合物： 將衍射圖與將衍射圖與已知結(jié)晶聚合物已知結(jié)晶聚合物在同在同樣實(shí)驗(yàn)條件下的樣實(shí)驗(yàn)條件下的衍射圖比較衍射圖比較，從，從衍射峰的峰位及整個(gè)譜圖線形進(jìn)衍射峰的峰位及整個(gè)譜圖線形進(jìn)行分析，若吻合，則為一致的參行分析，若吻合，則為一致的參比聚合物。比聚合物。 對于與無機(jī)物共混對于與無機(jī)物共混的聚合物：的聚合物： 將衍射圖與將衍射圖與無機(jī)填料無機(jī)填料在同樣實(shí)驗(yàn)在同樣實(shí)驗(yàn)條件下的條件下的衍射圖比較衍射圖比較，從衍射峰，從衍射峰的峰位及整個(gè)譜圖線形進(jìn)行分析，的峰位及整個(gè)譜圖線形進(jìn)行分析，確定無機(jī)物在聚合物中的分布狀確定無機(jī)物在聚合物中的分布狀態(tài)。態(tài)。精選ppt元素分析：元素分析：C、F、H各元素含量比

14、各元素含量比可能為聚偏氟可能為聚偏氟乙烯乙烯紅外、核磁紅外、核磁輔助進(jìn)一步輔助進(jìn)一步印證。印證。舉例：某未知高聚物（氣體過濾膜）的鑒定分析舉例：某未知高聚物（氣體過濾膜）的鑒定分析精選ppt3）識別晶體類型）識別晶體類型結(jié)晶性聚合物在不同結(jié)晶條件下可形成不同晶型。它們結(jié)晶性聚合物在不同結(jié)晶條件下可形成不同晶型。它們所屬晶系及晶胞參數(shù)不同。不同晶型對聚合物材料的性所屬晶系及晶胞參數(shù)不同。不同晶型對聚合物材料的性能影響不同。如聚丙烯有能影響不同。如聚丙烯有、四種晶型。、四種晶型。結(jié)晶類型識別辦法：結(jié)晶類型識別辦法： 將待定試樣譜圖與已知晶型譜圖比較，看試將待定試樣譜圖與已知晶型譜圖比較，看試樣譜圖

15、中是否出現(xiàn)已知晶型的各衍射峰。樣譜圖中是否出現(xiàn)已知晶型的各衍射峰。精選ppt舉例：舉例：型、型、型兩種型兩種晶體共存晶體共存精選pptkIIXkIIIXaccaccc-質(zhì)量結(jié)晶度質(zhì)量結(jié)晶度-晶態(tài)部分衍射強(qiáng)度晶態(tài)部分衍射強(qiáng)度-非晶態(tài)部分衍射強(qiáng)度非晶態(tài)部分衍射強(qiáng)度-相對射線系數(shù)相對射線系數(shù)結(jié)晶度：指物質(zhì)或材料中結(jié)晶度：指物質(zhì)或材料中晶態(tài)晶態(tài)部分占總體的質(zhì)量或體積部分占總體的質(zhì)量或體積百百分比分比。結(jié)晶度越高，材料強(qiáng)度越高。兩態(tài)分明體系的衍射。結(jié)晶度越高，材料強(qiáng)度越高。兩態(tài)分明體系的衍射圖由兩部分簡單疊加而成。一部分是晶態(tài)產(chǎn)生的衍射峰，圖由兩部分簡單疊加而成。一部分是晶態(tài)產(chǎn)生的衍射峰，另一部分是非晶

16、態(tài)產(chǎn)生的彌散隆峰。理論上推導(dǎo)得出如下另一部分是非晶態(tài)產(chǎn)生的彌散隆峰。理論上推導(dǎo)得出如下質(zhì)量的結(jié)晶度公式：質(zhì)量的結(jié)晶度公式：精選pptacccSSSX近似結(jié)晶度近似結(jié)晶度 S Sc c：各衍射峰面積之和：各衍射峰面積之和S Sa a：彌散隆峰面積：彌散隆峰面積IPP 等規(guī)聚丙烯等規(guī)聚丙烯APP 無規(guī)聚丙烯無規(guī)聚丙烯精選ppt指分子鏈與某個(gè)參考方向或平面平行的程度。指分子鏈與某個(gè)參考方向或平面平行的程度。X X射線衍射法測定微晶取向表征方法：射線衍射法測定微晶取向表征方法：微晶取向通常指大量晶粒的待定晶軸或晶面相對于某個(gè)參考微晶取向通常指大量晶粒的待定晶軸或晶面相對于某個(gè)參考方向或平面的平行程度。

17、方向或平面的平行程度。高分子材料中：高分子材料中：晶區(qū)鏈取向、非晶區(qū)鏈取向、折疊鏈取向、伸直鏈取向晶區(qū)鏈取向、非晶區(qū)鏈取向、折疊鏈取向、伸直鏈取向1）極圖）極圖 2）Hermans 因子因子f 3）軸取向指數(shù)）軸取向指數(shù)R不同方向的微晶取向?qū)е虏煌较蛏狭W(xué)性能的差異。不同方向的微晶取向?qū)е虏煌较蛏狭W(xué)性能的差異。精選ppt三種方法使用比較：三種方法使用比較：1）極圖法）極圖法極圖法采用平面投影反映微晶在空間的趨向分布狀況。信息全面，但是極圖法采用平面投影反映微晶在空間的趨向分布狀況。信息全面，但是非常繁復(fù)，需要足夠?qū)I(yè)知識解讀譜圖。非常繁復(fù)，需要足夠?qū)I(yè)知識解讀譜圖。只用于特制部件中取向狀

18、況的剖析。只用于特制部件中取向狀況的剖析。2）Hermans 因子因子3）軸取向指數(shù)）軸取向指數(shù)用一數(shù)值反映材料的軸取向程度。比極圖法稍簡單，表征性很好。用一數(shù)值反映材料的軸取向程度。比極圖法稍簡單，表征性很好。用一數(shù)值反映材料的的軸取向程度。三者中最簡單，表征較為粗略。但是用一數(shù)值反映材料的的軸取向程度。三者中最簡單，表征較為粗略。但是實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理簡便迅速。實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理簡便迅速。適用于系列樣品軸取向程度的比較。適用于系列樣品軸取向程度的比較。精選ppt取向指數(shù)取向指數(shù)R：%100180180ooHR反映樣品中所有晶粒的某組晶面與取向軸的平反映樣品中所有晶粒的某組晶面與取向軸的平行程度。行程度。完全取向：完全取向：H