偏光显微镜法观察聚合物球晶及其生长过程-高分子物理-实验7-07.pdf

实验七实验七 偏光显微镜法观察聚合物球晶及其生长过程偏光显微镜法观察聚合物球晶及其生长过程 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉偏光显微镜的构造 掌握偏光显微镜的使用方法 2 观察聚丙烯在不同结晶温度下得到的球晶的形态 估算聚丙烯球晶大小 3 测定聚丙烯在不同结晶度下的晶体的熔点 4 测定 25 聚丙烯的球晶生长速度 二 实验原理二 实验原理 聚合物的结晶受外界条件影响很大 而结晶聚合物的性能与其结晶形态等有着密切的关 系 所以对聚合物的结晶形态研究具有很重要的意义 聚合物在不同条件下形成不同的结晶 比如单晶 球晶 纤维晶等等 而其中球晶是聚合物结晶时最常见的一种形态 如图 1 所示 它是由晶核开始 片晶辐射状生长而成的球状多晶聚集体 基本结构单元是具有折叠链结构 的片晶 如图 2 所示 球晶可以长得比较大 直径甚至可以达到厘米数量级 在偏光显微 镜下球晶通常呈现 Maltese 黑十字消光图样 因此 普通的偏光显微镜就可以对球晶进行观 察 图 1 聚乙烯球晶的扫描电镜照片 光是电磁波 也就是横波 它的传播方向与振动方向垂直 但对于自然光来说 它的振 动方向均匀分布 没有任何方向占优势 但是自然光通过反射 折射或选择吸收后 可以转 变为只在一个方向上振动的光波 即偏振光 一束自然光经过两片偏振片 如果两个偏振轴 相互垂直 光线就无法通过了 光波在各向异性介质中传播时 其传播速度随振动方向不同 而变化 折射率值也加以改变 一般都发生双折射 分解成振动方向相互垂直 传播速度不 同 折射率不同的两条偏振光 而这两束偏振光通过第二个偏振片时 只有在与第二偏振轴 1 平行方向的光线可以通过 而通过的两束光由 于光程差将会发生干涉现象 在正交偏光显微镜下观察 非晶体聚合 物 因为其各向同性 没有发生双折射现象 光线被正交的偏振镜阻碍 视场黑暗 球晶会 呈现出特有的黑十字消光现象 黑十字的两臂 分别平行于两偏振轴的方向 而除了偏振片的 振动方向外 其余部分就出现了因折射而产 生的光亮 如图 3 是全同立构聚苯乙烯球晶 的偏光显微镜照片 图 2 球晶示意图 在偏振光条件下 还可以观察晶体的形 态 测定晶粒大小和研究晶体的多色性等 等 偏光显微镜的最佳分辩率为 200 nm 有 效放大倍数超过 500 1000 倍 与电子显微 镜 X 射线衍射法结合可提供较全面的晶体 结构信息 图 3 全同立构聚苯乙烯球晶的偏光显微镜照片 10 11 9 8 7 6 3 5 4 2 1 三 仪器和试剂三 仪器和试剂 1 偏光显微镜 图 4 一台 摄影装 置 附件一盒 擦镜纸 镊子 2 加热板 控温仪 恒温水浴 电炉 3 盖玻片 载玻片 4 聚丙烯 图 4 偏光显微镜结构示意图 1 仪器底座 2 视场光阑 3 粗动调焦受轮 4 微动调焦受轮 5 起偏器 6 聚光镜 7 旋转工作台 8 物镜 9 检偏器 10 目镜 11 勃氏镜调节受轮 5 照相 印相 放大用的设备和药品 135 胶卷 显影液 定影液 相纸 等 2 四 实验步骤四 实验步骤 1 显微镜调整 1 预先打开汞弧灯十分钟 以获得稳定的光强 插入单色滤波片 2 去掉显微镜目镜 起偏片和检偏片置于 90 边观察显微镜筒 边调节灯和反光镜 的位置 如需要可调整检偏片以获得完全消光 视野尽可能暗 2 聚丙烯的结晶形态观察 1 切一小块聚丙烯薄膜 放于干净的载玻片上 使之离开玻片边缘 在试样上盖上一 块盖玻片 2 预先把电热板加热到 200 将聚丙烯样品在电热板上熔融 然后迅速转移到 50 的热台使之结晶 在偏光显微镜下观察球晶 并照相 把同样的样品在熔融后于 100 和 0 条件下结晶 分别摄下结晶形态 底片经冲洗 放大 得到清晰的图案 3 测定聚合物球晶大小 把聚合物晶体薄片 放在正交显微镜下观察 用显微镜目镜分度尺测量球晶直径 测定步骤如下 1 将带有分度尺的目镜插入镜筒内 将载物台显微尺置于载物台上 使视区内同时见 两尺 2 调节焦距使两尺平行排列 刻度清楚使两零点相互重合 即可算出目镜分度尺的值 3 取走载物台显微尺 将预测之样品置于载物台视域中心 观察并记录晶形 读出球 晶在目镜分度尺上的刻度 即可算出球晶直径大小 4 球晶生长速度的测定 1 将聚丙烯样品在 200 下熔融 然后迅速放在 25 的热台上每隔 10 分钟把球晶的形 态拍摄下来 直到球晶的大小不再变化为止 2 冲洗底片 并进行放大 量出不同时间球晶的大小 用球晶半径对时间作图 得到 球晶生长速度 5 测定聚丙烯在不同温度下结晶的晶体的熔点 1 预先把电热板调节到 200 使聚丙烯充分熔融 然后分别在 20 25 30 下结晶 每个结晶样品置于偏光显微镜的热台上加热 观察黑十字开始消失的温度 消失一半的 温度和全部消失的温度 记下这三个熔融温度 2 实验完毕 关掉热台的电源 从显微镜上取下热台 3 关闭汞弧灯 3 五 思考题五 思考题 1 聚合物结晶有何特点 形态特征如何 结晶温度对球晶形态有何影响 2 解释正交偏光系统下聚合物球晶的黑十字消光现象 六 参考文献六 参考文献 1 何平笙 朱平平 杨海洋 谈谈聚合物的结晶形态问题 化学通报 2003 66 3 210 212 2 邵毓芳 嵇根定 高分子物理实验 南京 南京大学出版社 1998 3 何平笙 朱平平 杨海洋 在 高聚物的结构与性能 课程中讲透高聚物的特点 高