显微分析技术.ppt

第 6 篇 显微分析技术 肉眼在正常情况下所能观察到的最小物体的限度是0.2mm左右。 光学显微镜的极限分辨率约0.2μm，相当于放大1000倍左右。 高分子材料结构的研究的许多内容属于该尺寸范围内，例如：部分结晶高分子的结晶形态、结晶形成过程或取向等；共混或嵌段、接枝共聚物的区域结构；薄膜和纤维的双折射；复合材料的多相结构，以及高分子液晶态的结构等。 为了得到分辨率更高的显微镜，必须采用波长更短的波。 20世纪20年代初，从理论上证明了电子作为光源可达到很高的极限分辨率。 20世纪50 年代末电子显微镜的分辨率已达到1nm。 目前一台高性能的电镜，晶格分辨率是0.14nm，点分辨率是0.3nm，相当于最大放大倍数的50~100万倍。 在高倍显微镜下可观察到材料的内部组织状态，内部缺陷等，能直接观察到结晶的晶格图像，甚至某些单个图像。 第 21 章 光学显微镜 一台基本的显微镜，安装各种附件后，可供生物、偏光、矿相、金相、荧光、相差、干涉差等观察测定，同时还有大量特殊用途的附件。 高分子材料工业的迅速发展，应用范围日益广泛，其中结晶高聚物的结构—性能—加工之间的内在联系已成为高分子物理领域的一项重要的研究课题。 偏光显微镜就是一种适用于研究结晶结构及取向度非常有用的仪器。 高分子材料的共混改性可提高材料的性能，利用光学显微镜可研究不同颜色高分子共混相态结构是简便而又直观的方法。 当共混物都是“透明体”，仅折射率不同时，可用相差显微镜观察到共混物的各相态分布状态。 21.1 光学显微镜的结构原理 21.1.1 偏光显微镜的结构及原理 结构： 偏光显微镜的基本构造是在普通光学显微镜上分别在试样台上下各加一块偏光片，上偏光片叫检偏片。下偏光片叫起偏片。 偏光片只允许某一特定方向振动的光通过，而其他方向振动的光斗不能通过。 这个特定方向为偏振片的振动方向。 通常将两块偏振片的振动方向置于互相垂直的位置，这种显微镜称为正交偏光显微镜（PM）。 高聚物在熔融态和无定形态时呈光学各向同性，即各方向折射率相同。只有一束与起偏片振动方向相同的光通过试样，而这束光完全不能通过检偏片，因而此时视域全暗。 当聚合物存在晶态或取向时，光学性质随方向而异，当光线通过它时，就会分解成振动平面互相垂直的两束光。它们的传播速度一般是不相等的，于是就产生了两条折射率不相等的光线，这种现象称为双折射，若晶体的振动方向与上下振片的方向不一致，视野明亮，可以观察到结构形态。 可用数学方法表达这一关系： 图中，P-P代表起偏片的振动方向，A-A代表检偏片的方向。 如果光线N-N的振动方向与P-P不一致，光进入起偏片后透出的平面偏振光的振幅为OB。 光线继续射到晶体上，由于M-M、N-N与P-P都不一致，故再次将光矢量分解到这两振动面上，N方向和M方向的光矢量分别为OD和OE。 自晶体透出的平面偏振光继续射到检偏片上，由于A-A与M-M、N-N也不一致，故再次将每一平面偏振光一分为二。最后在A-A面上的光方向相反，振幅相同的OG和OF。 最终透过检偏片的合成波为： 21.1.2 相差显微镜的结构及原理 结构： 相差显微镜是在普通光学显微镜的基础上增设了两个部件，在光源和聚光镜间，即在聚光镜平面上插入光栏，物镜后焦平面插入相板。 相板是由光学玻璃制成的具有一定厚度和折射率的薄片，由两部分组成，一是通过直射光部分，叫共轭面，通常为环状；另一是绕过衍射光部分，叫补偿面，即是共轭面的外侧和内侧。 利用光板可以改变直射光的相位，同时吸收一定的直射光。 光栏即环状光栅，也是相差显微镜不可缺少的部件。 光栏是由金属做成大小不同的环状空形成的光阑。 当聚光镜焦面上的光阑足够小时才能使直射光的像在物镜后焦面上聚为一点和衍射光分开。 使用环形相板要与环形光阑相配合，以使环形光阑所造成的像与相板环形相一致。因此，使用不同放大倍数的相差物镜时，要同时更换环形光阑的环经和环宽。 对于无色透明物体，宽度上的反射率差异和表面凹凸引起的折射率差异，用普通透射式显微镜是观察不到的，相差显微镜利用了光的波动性，将相位差转变为强度差，即明暗查，从而使相位差可直接观察。 理论上可导出相位差显微镜的光程差分辨率能达到1nm，所以相差显微镜能将功混物中折射率之差很微小的两组分转换成明和暗的图像。 但由于样品厚度上的微小差别也变得可见，因此必须注意样品表面和厚度不均匀性的影响。 为了得到最大的反差，要求样品必须很薄（约5μm）。 21.2 样品的制备 主要的制备方法有： 热压膜法 溶液浇铸制膜法 切片 打磨 21.2.1 热压制膜 热塑性高分子的薄膜显微样品的制备方法： 把少许聚合物放在载玻片上，盖上一块玻璃片，整个置于热台上，加热至聚合物可以流动。 用事先预热的砝码或用镊子轻轻压，使熔体展开成膜，然后冷