材料化学导论第三章材料结构的表征.ppt

二、粉末法X射线衍射分析 1.实验条件: 单色的X射线、粉末样品或多晶样品 2.粉末衍射图的获得 照相法 照相法以德拜法应用最为普遍，以一束准直的特征X射线照射到小块粉末样品上，用卷成圆柱状 并与样品同轴安装的窄条底片记录衍射信息。 照相法获得的衍射图是一些衍射弧，照相法是比较原始的方法。 衍射仪法 衍射仪法得到的衍射图谱给出一系列峰，如图所示，横坐标是2θ，纵坐标是衍射强度。衍射图谱可 以提供三种晶体结构信息：衍射线位置(角度)、强度 和形状(宽度). 3.粉末衍射的应用 （1）物相分析即固体由哪几种物质构成 XRD是晶体的“指纹”，不同的物质具有不同的XRD 特征峰值（峰位置、相对强度和扫描范围内的峰数）。 样品中如果存在多个相，样品的衍射谱是各相衍射谱 的简单叠加。 物相分析基本方法就是将待分析物质的衍射图与 标准单相物质的衍射图对照，从而确定物质的组成相。 目前常用衍射仪法得到衍射图谱，用“粉末衍射标准 联合会(JCPDS)”负责编辑出版的“粉末衍射卡片（PDF 卡片）”进行物相分析。其特点是能确定元素所处的 化学状态（FeO,Fe2O3,Fe3O4），能区别同分异构体， 能区别是混合物还是固溶体，鉴定出各个相后，根据 各相衍射的强度正比于该组分存在的量，就可对各种 组分进行定量分析。 （2）衍射图的指标化 利用粉末样品衍射图确定相应晶面的米勒指数就称为指标化。当晶胞参数未知时，指标化只有对立方晶系是可能的。 立方晶系a = b = c , ? = ? = ? = 90? 由立方晶系中晶面间距公式和布拉格方程可容 易推得下式： 应用： DSC在高分子方面的应用特别广泛，主要用途有： 玻璃化转变温度Tg 分解温度 混合物和共聚物的组成 结晶温度Tc 结晶度Xc 增塑剂的影响 固化过程的研究 例如：玻璃化转变温度Tg的测定 绝大多数聚合物材料通常可处于以下三种物理 状态玻璃态、高弹态和粘流态。玻璃态时，材料为 为刚性固体状，与玻璃相似，质硬而脆。随着温度 升高，材料表现出高弹性质，此状态即为高弹态， 玻璃态开始向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温 度Tg。玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物的一个 重要的物理性质，以玻璃化转化温度为界，高分子 聚合物呈现不同的物理性质：在玻璃化温度以下， 高分子材料为塑料；在玻璃化温度以上，高分子材 料为橡胶。 高聚物的DSC曲线示意图 下图是聚合物DTA曲线或DSC曲线的模式图，当温 度逐渐升高，通过高分子聚合物的玻璃化转变温度时，DSC曲线上的基线向吸热方向移动，由于玻璃化温度 不是相变化，曲线只产生阶梯状位移 确定Tg的方式是将玻璃化转变前后的基线延长， 两线之间的垂直距离为阶差，再在实验曲线上取一 点，使其平分阶差，这一点所对应的温度即为Tg。 例：结晶度的测定 结晶度用来表示聚合物中结晶区域所占的比例。 XD=?Hf/?Hf*×100% ?Hf —试样的熔融热 ?Hf*—该聚合物结晶度达到100%时的熔融热 ?H就是结晶聚合物熔融时得到的熔融峰曲线和 基线所包围的面积 用这种方法求结晶度，必须要知道完全结晶聚 合物的熔融热，而完全结晶的聚合物是得知不易的， 一般总是用不同结晶度的聚合物分别测定其熔融热， 然后外推到100％，可以此作为?Hf* 。 聚合物的结晶度是一个重要的分子结构参数。它 对聚合物的力学性能、密度、光学性质、热性质、耐 溶剂性、染色性以及气透性等均有明显的影响。结晶 度的提高，拉伸强度增加，而伸长率及冲击强度趋于 降低；相对密度、熔点、硬度等物理性能也有提高。 第二节、显微技术 显微技术是一种直观表征材料微观外貌的方法， 显微技术是采用显微镜作为工具来进行材料分析， 最常用的显微镜有： 光学显微镜 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 显微镜一般观察的对象是某一材料的表面或断面， 有时也可以是专门的制样，如切片等。光学显微镜分 辨率大于200nm，可观察到材料的裂纹、裂缝、气泡等。 电子显微镜具有更高的分辨率，能得到材料的立体表 面形态图像、结晶现象。 一、透射电子显微镜 透射电子显微镜是由电子枪发射电子束，穿过 被研究的样品，经电子透镜聚焦放大，在荧光屏上 显示出高度放大的物像，还可作摄片记录的电子光 学仪器。它是材料科学研究的重要手段，能提供极 微细材料的组织结构、晶体结构和化学成分等方面 信息。透射电镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数 为几万～几十万倍。 ?电子光学系统 ?真空系统 ?电器系统 1. 电子照明部