《聚合物表征XR》ppt课件

1、X射线衍射分析射线衍射分析(XRD)主要内容主要内容w.X射线的产生及其性质射线的产生及其性质w2.晶体根本概念晶体根本概念w3.丈量原理丈量原理w4.X射线衍射在聚合物中的运用射线衍射在聚合物中的运用.X射线的产生及其性质射线的产生及其性质1894年11月8日，德国物理学家伦琴将阴极射线管放在一个黑纸袋中，封锁了实验室灯源，他发现当开启放电线圈电源时，一块涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光。用书，2-3厘米厚的木板或几厘米厚的硬橡胶,水等液体进展实验，结果阐明它们也是“透明的，铜、银、金、铂、铝等金属也能让这种射线透过，只需它们不太厚。伦琴认识到这能够是某种特殊的从来没有察看到的射线，它具有特别

2、强的穿透力。1895年12 月22 日，伦琴和他夫人拍下了第一张X射线照片。1896年，伦琴在他的论文(Nature,1896)中指出:X射线穿过物质时会被吸收;原子量及密度不同的物质,对X射线的吸收情况不一样;轻元素物质对X射线几乎是透明的,当经过重元素物质时,透明程度明显减弱;X射线能使荧光物质发出荧光,能使照相底片感光,能使气体电离.伦琴把这一新射线称为X射线，由于他当时无法确定这一新射线的本质。X 射线衍射的开展历史射线衍射的开展历史与X射线衍射有关的Nobel奖11901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴就由于发现X射线而获得了诺贝尔物理学奖。21914年，劳厄由于利用X射线经过晶体时的衍

3、射，证明了晶体的原子点阵构造而获得诺贝尔物理学奖。31915年，布拉格父子因在用X射线研讨晶体构造方面所作出的出色奉献分享了诺贝尔物理学奖。41917年，巴克拉由于发现标识X射线获得诺贝尔物理学奖。51924年，西格班因在X射线光谱学方面的奉献获得了诺贝尔物理学奖。61927年，康普顿与威尔逊因发现X射线的粒子特性同获诺贝尔物理学奖。71936年，德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子构造的成就而获诺贝尔化学奖。81946年，缪勒因发现X射线能人为地诱发遗传突变而获诺贝尔生理学.医学奖。91954年，鲍林由于在化学键的研讨以及用化学键的实际阐明复杂的物质构造而获得诺贝尔化学奖他的成就与X

4、射线衍射研讨密不可分。101962年，沃森、克里克、威尔金斯因发现核酸的分子构造及其对生命物质信息传送的重要性分享了诺贝尔生理学.医学奖他们的研讨成果是在X射线衍射实验的根底上得到的。111962年，佩鲁茨和肯德鲁用X射线衍射分析法初次准确地测定了蛋白质晶体构造而分享了诺贝尔化学奖。121964年，霍奇金因在运用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间构造获得的艰苦成果获诺贝尔化学奖。131969年，哈塞尔与巴顿因提出“构象分析的原理和方法，并运用在有机化学研讨而同获诺贝尔化学奖他们用X射线衍射分析法开展研讨。141973年，威尔金森与费歇尔因对有机金属化学的研讨卓有效果而共获诺贝尔化学奖。1

5、51976年，利普斯科姆因用低温X射线衍射和核磁共振等方法研讨硼化合物的构造及成键规律的艰苦奉献获得诺贝尔化学奖。161979年，诺贝尔生理.医学奖破例地授给了对X射线断层成像仪CT作出特殊奉献的豪斯菲尔德和科马克这两位没有专门医学阅历的科学家。171980年，桑格借助于X射线分析法与吉尔伯特、伯格因确定了胰岛素分子构造和DNA核苷酸顺序以及基因构造而共获诺贝尔化学奖。181981年，凯.西格班由于在电子能谱学方面的开创性任务获得了诺贝尔物理学奖的一半。191982年，克卢格因在测定生物物质的构造方面的突出奉献而获诺贝尔化学奖。201985年，豪普特曼与卡尔勒因发明晶体构造直接计算法，为探求新

6、的分子构造和化学反响作出开创性的奉献而分享了诺贝尔化学奖。211988年，戴森霍弗、胡伯尔、米歇尔因用X射线晶体分析法确定了光合成中能量转换反响的反响中心复合物的立体构造，共享了诺贝尔化学奖。221997年，斯科与博耶和沃克因籍助同步辐射安装的X射线，在人体细胞内离子传输酶方面的研讨成就而共获诺贝尔化学奖。232002年，贾科尼因发现宇宙X射线源，与戴维斯、小柴昌俊共同分享了诺贝尔物理学奖。242003年，阿格雷和麦金农因发现细胞膜水通道，以及对细胞膜离子通道构造和机理研讨作出的开创性奉献被授予诺贝尔化学奖他们的成果用射线晶体成像技术获得。252006年，科恩伯格被授予诺贝尔化学奖，以奖励他在

7、“真核转录的分子根底研讨领域作出的奉献他将X射线衍射技术结合放射自显影技术开展研讨。1.1 X射线的产生及分类射线的产生及分类X射线在电磁波谱上波长为0.0110nm，用于X射线衍射的波长为0.050.25nmX射线由X射线管产生(威廉.考林杰发明)。 管内抽真空;高压电场(2070KV)特征特征X射线射线延续X射线：具有延续波长，又称白色X射线。高速运动的电子被阳极靶忽然阻止而产生的。特征X射线：当管电压超越某临界值后如对钼靶超越20千伏，延续X射线谱的某几个特定波长的地方，强度忽然显著的增大。它们的波长反映了靶资料的特征，因此称之为特征X射线谱。 钼靶钼靶K系特征系特征X射线谱射线谱 特征

8、特征X射线的产生：电子的跃迁射线的产生：电子的跃迁KKX射线衍射所用的是单色X射线，须将不需求的标识线强度较弱的过滤掉。医疗上用钼钯或钨钯，穿透性较小，称硬X射线。晶体研讨中用铜钯，穿透性强，称为软X射线。原子序数越大，波长越短，能量越大w晶体可看作由等同的根本单元在空间周期性陈列而成的物质聚集态。w等同基元可以是原子、离子和离子团。聚合物晶体中等同基元是分子链上的反复链段。2.晶体相关概念晶体构造模型CO2晶体构造CsCl晶体构造在在X X射线照射下，晶体内原子射线照射下，晶体内原子中的电子会发生频率一样的中的电子会发生频率一样的强迫振动，每个原子又可作强迫振动，每个原子又可作为一个新的为一

9、个新的X X射线衍射源向周射线衍射源向周围发射与入射线波长一样的围发射与入射线波长一样的次生次生X X射线。射线。这些这些“次生次生X X射线由于存在射线由于存在光程差，会发生干涉景象，光程差，会发生干涉景象，只需当光程差等于只需当光程差等于nn时才会时才会相互叠加产生衍射景象次相互叠加产生衍射景象次生波相关，其它情况下那生波相关，其它情况下那么减弱或相互抵消。么减弱或相互抵消。假设有一族晶面间距为d，当一束波长为的X射线以掠射角入射晶体时，在晶面的镜面反射方向上，相邻晶面的两个等同基元的散射线的光程差等于2dsin当光程差等于波长的整数倍时即：2dsinn,n=1,2,3,，两列散射波相互叠

10、加加强(衍射)，其他情况下那么减弱或相互抵消。只需相互加强的光波才干有足够的强度被察看到。Bragg反射Bragg父子将晶面示为X射线的“镜面反射面，简化了确定X射线衍射方向的规那么Bragg方程： 2dsinnX射线衍射学上规定:衍射图各衍射峰对应的d值由n=1时，即： 2dsin=计算。布拉格方程的运用布拉格方程的运用1)晶体构造分析：利用知波长的特征X射线,经过丈量角,可以计算出晶面间距d。2) 元素成分分析：把需求研讨的资料当做靶材，用高能电子去轰击它就可以得到许多套标识谱，经过标示这些谱线就可以分析出资料中含有的元素成分2dsin2dsinnn记录X射线衍射的方法照相法衍射仪法蛋白质

11、的Laue衍射图n借助X射线衍射仪，利用微晶对X射线的衍射效应，获得试样的衍射图-衍射强度与衍射角的关系图。nX射线衍射分析是确定物质的晶体构造、物相的定性和定量分析、准确测定点阵常数、研讨晶体取向等的最有效最准确的方法。从衍射图可以获得的信息1 )定性判别能否存在结晶2 )定量测定结晶度3 )计算各晶面间距及平均晶粒尺寸4 )判别晶型并测定某种晶型含量5 )判别样品中能否存在微晶取向，测定微晶单轴取向指数6 )常规物相鉴定进展物相分析进展物相分析* *普通化学分析是分析组成物质的元素种类普通化学分析是分析组成物质的元素种类及含量及含量* *物相分析那么能给出元素间化学结合的形物相分析那么能给

12、出元素间化学结合的形状和物质的聚集态构造状和物质的聚集态构造 化学组成一样，化学结合形状或聚集态化学组成一样，化学结合形状或聚集态不同的物物相不一样。好像样是不同的物物相不一样。好像样是SiO2SiO2，由于聚集态不同，可构成无定型硅胶、由于聚集态不同，可构成无定型硅胶、晶态石英、白硅石等。晶态石英、白硅石等。由于每一种晶体都有它特定的构造，不能够有两种晶体的晶胞大小、外形、晶胞中原子的数目和位置完全一样，因此晶体的粉末图就像人的指纹一样各不一样，即每种晶体都有它本人的d和I的数据。(d为晶面间距，与晶胞的外形和大小有关，I为反射线的相对强度，与质点的种类及其在晶胞中的位置有关Powder D

13、iffraction File(PDF卡) JCPDS-Joint Committee of Powder Diffraction Standard) 聚集了五万多种晶体的X射线粉末数据,其中包括几百种聚合物.物相分析是最重要的运用主要用于地质、无机资料、冶金、石油、化工领域由照片判别由衍射谱图判别非晶无取向：弥散环非晶无取向：弥散环非晶取向：赤道线上的弥非晶取向：赤道线上的弥散斑散斑结晶无取向：系列同心圆结晶无取向：系列同心圆环德拜环环德拜环结晶取向：系列对称弧结晶取向：系列对称弧结晶高度聚向：对称斑点结晶高度聚向：对称斑点宽隆峰：无定型；锋利峰：阐明存在结晶或近晶，峰越锋利那么结晶越完善取

14、向程度:各衍射峰相对强度与规范卡片对照.一样那么无取向,差距越大取向程度越大无定型结晶部分结晶钛/镍合金的Laue衍射图3 结晶度计算Xc=Sc/(Sa+Sc)100% Xc(%)-X射线法测定的结晶度；Sc结晶锐衍射峰积分面积；Sa非晶漫散射积分面积。微晶尺寸在微晶尺寸在0-100nm时，用谢乐时，用谢乐Scherrer公式公式计算晶粒尺寸计算晶粒尺寸D ：所规定晶面族法向的晶粒尺寸晶粒线度；：所规定晶面族法向的晶粒尺寸晶粒线度； : x射线波长射线波长B：衍射峰半高宽因晶粒尺寸呵斥的衍射峰增宽量：衍射峰半高宽因晶粒尺寸呵斥的衍射峰增宽量K := 0.89，cosBkD 22强度ImIm/2

15、B晶粒无限大时晶粒无限大时晶粒尺寸有限时晶粒尺寸有限时22II鉴别结晶性聚合物区别同种结晶性聚合物的不同晶型判别结晶完善程度010002000300040005000600070008000900010000020406080100CHJAPANUSA硫磺结晶越完善，其熔点越高，在橡胶硫化过程中硫化效果好5 X射线探伤透视利用X射线的穿透性，对吸收体资料或生物体进展无损检验的一种方法。假设被检验的物质中存在气泡、裂纹、或生物体中的病变时，这些部位对X射线的吸收各不一样，因此，在透射方向的感光底片上便出现阴影，根据阴影可判别出物质内部缺陷的部位和性质。缺陷的厚度仅为吸收体厚度的1%时，即可被检验出来。骨骼损伤玻璃纤维加强塑料样品：玻璃纤维的对齐与分布，矿物填充物紫色明晰可见。纤维宽度大约10um。 聚合物/蒙脱土纳米复合资料分散相的尺寸至少有一维在纳米数量级100nm蒙脱土：片状硅酸盐，层厚约1nm，层外表具有过剩的正电荷如+、2+、2+、+ 。易与有机或无机阳离子交换得到离子型粘土，导致层间距增大。聚合物/蒙脱土纳米复合资料(PLSN)在微观上由纳米级聚合物层与纳米级粘土层构成周期交替的“插层构造。PLSN特性：高耐热性，高强度，高模量，高气体阻隔性，低膨胀系数广泛地运用于航空, 汽车, 家电, 电子等行业作为新型高性能塑料。Nylo