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研究方法专业资料模板

红外光谱

1.红外光谱产生的2个条件

•辐射应具有能满足分子产生振动跃迁所需的能量

•引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收

2.波数:

每厘米中包含的波的数目。

3.伸缩振动:

对称伸缩振动,非对称伸缩振动

4.弯曲振动:

平面振动,剪式振动,非平面摇摆振动,弯曲摇摆振动

5.在1300cm-1以下,指纹区;1300-4000cm-1官能团区

6.制样方法:

流延薄膜法、热压薄膜法、溴化钾压片法、切片法、溶液法、石蜡糊法

7.对于极性物质样品厚度小些,非极性物质厚度大些,观察弱吸收带,厚度大些。

8.傅里叶变换红外光谱仪核心是迈克逊干涉仪,由它测得时域图

9.二向色性比R=A∥/A⊥,R越大,取向度越大

10.制样注意事项:

（1）试样的浓度与厚度选择适当

（2）试样中不能含有游离水

（3）试样应该是单一组分的纯物质

11.傅里叶变换红外光谱,FTIR（FourierTransforminfraredspectrometry）,吸收红外光后引起分子偶极矩变化,分子振动、转动能级跃迁,从而产生红外吸收光谱,能经过谱图知道聚合物的化学性质,立体结构,构象,序态和取向。

1、红外光谱的谱图特点及其所能提供的信息是什么?

对应不同的结构特征产生相应的吸收带。

能对聚合物的化学性质,立体结构、构象、序态,取向等提供定性或定量的信息。

1、红外光谱的谱带受那些因素影响?

外部因素:

物理状态的影响,溶剂的影响,粒度的影响。

内部因素:

分子结构（诱导效应、共轭效应、氢键效应、耦合效应）的影响

其它因素:

仪器参数的影响,环境的影响,虚光和散射光的影响,厚度的影响

3、分子的理论自由度很大,为什么表现在红外谱图上的吸收峰并没有这么多?

聚合

物红外光谱为什么并不复杂?

实际的吸收带要比预期的少得多:

1、不伴随偶极矩变化的振动,没有红外吸收

2、因为有些分子对称性高,造成两种或两种以上振动方式的频率相同,发生简并现象,吸收重叠;

3、对一些频率较接近的吸收谱带,红外光谱仪很难分辨;

4、有些吸收峰（产生倍频、合频或差频）吸收谱带弱,一般落在仪器检测范围之外,难以检测

4、ATR是什么,有什么优点?

衰减全反射（ATR）,可用于一般制样方法不能制备的样品特别适合于表面涂层和表面反应的研究。

该方法不需要对样品作特殊处理,反射光谱的强度与厚度无关。

5、红外解析的三要素是什么,分别用于给出什么信息。

解析三要素

（1）峰位:

对官能团进行定性分析的基础,依特征峰位置确定聚合物的类型。

（2）峰强:

依据某些特征谱带强度随时间（或温度、压力）的变化规律可研究动力学的过程。

（3）峰形:

可用于研究分子内是否存在缔合以及分子的对称性、旋转异构、互变异构等。

激光拉曼散射光谱法

1.用退偏振比（去偏振度）P表征分子对称性振动模式的高低,P=I⊥/I∥。

当P＜3/4为偏振谱带,有较高的对称性振动模式,P=3/4时为退偏振带,分子对称振动模式比较低

2.对于对称分子,非极性官能团为拉曼散射较为强烈,极性官能团的红外光谱较为强烈。

3.拉曼光谱研究高分子样品最大缺点是荧光散射。

4.拉曼散射光谱法,Ramanscatteringspectrum,吸收能量引起分子极化度变化,分子振动能级跃迁。

可经过谱图知分子结构（高分子构象）。

1.拉曼散射:

入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞,即碰撞时有能量交换。

瑞利散射:

入射光与样品分子之间发生弹性碰撞,即两者之间没有能量交换

2.Stokes线:

光子把一部分能量给样品分子,得到的散射光能量减少。

反stokes线:

光子从样品分子中获得能量,在大于入射光频率处接收到散射光。

3.拉曼位移:

stokes线或反stokes线与入射光频率之差

4.拉曼位移的大小为什么与入射光频率之差无关,对入射光有什么要求

因为拉曼位移的大小和分子的跃迁位移能级差一样,而能级差是固定的。

5.拉曼活性:

伴随极化度a发生变化的分子振动模式才具有拉曼活性

X射线衍射法

1.白色X射线,具有连续变化波长的X射线。

特征X射线,一种强度很高的具有特定波长的X射线

衍射环,衍射弧,衍射斑,弥漫散射环

2.正比计数器,闪烁计数器,盖革-弥勒计数器

3.布拉格定律:

设晶体为一组间距为d的晶面,以θ角入射在点上产生的衍射能够看成是对于晶面的反射,A和B两束光经反射后有相同的方向,但根据衍射几何,B比A多走了2b的路程。

显然只有当这段光程差等于波长的整数倍时才会产生叠加。

因而满足衍射的条件是nλ=2b=2dsinθ

4.X射线产生原理:

电丝加热产生的热电子在高压电场下获得很大的动能,高速飞向金属靶子,电子在靶面上突然停止运动,所失去的动能大部分转化为热能,小部分则转化为辐射即X射线由窗口射出。

5.特征X射线光谱:

当高速运动的电子把靶材原子的内层电子打到外层或者打到原子外部,使原子电离,此时原子过渡到不稳定的受刺激状态,在极短时间内,外层电子立即跃迁到内层填补空缺,其能量由高到低的能差以X射线形式释放,由于固定靶材原子各层电子能量是固定的,因此释放的射线波长固定,固称特征X射线光谱。

6.Xc=Ic/（Ic+kIa）=Sc/（Sc+Sa）D=kλ/βcosθ

7.X射线衍射法,XRD（x-raddiffraction）,x射线入射到样品,样品晶体原子中的电子发出频率相同的强制振动,因此每个原子可作为新的X射线源发出波长与入射光相同的次生X射线。

大量原子产生的次级X射线发生干涉现象,能提供样品是否结晶,结晶度,晶粒尺寸,晶粒择优取向。

光散射法测定质均相对分子质量

1.测定几个不同溶液浓度,不同散射角处的散射强度,以kc/Rθ对c作图,截距为1/Mw,斜率为2A2

当c→0时,对sin2θ/2作图,外推线的斜率为8π2h2/9λ2

2.zimm作图法

3.光散射法:

LLS（laserlightscattering）,根据溶液光散射理论,散射光强度与Mw,A2有关,可经过测光强经过相关公式或zimm作图法得到Mw,A2,h2

粘度法测定分子量

1.

2.特性粘数法测定分子量使用什么原理,大致测试步骤

乌氏粘度计,根据poiseuille定律η=Apt。

实验时,在恒定条件下,用同一支粘度计测定几种不同浓度的溶液和纯溶剂流出的时间t和t0,使用的溶液浓度都在1％以下的稀溶液,由于极稀溶液中P=P0。

因此ηr=t/t0,ηsp=ηr-1,测定几个不同浓度的ηr,以ηsp/c对c和以lnηr/c对c作图,得两直线,将她们外推到C→0,截距为[η]。

4.一点法依据什么原理

在特性粘度测试中,对若干个不同浓度溶液进行测定,以ηsp/c对c和lnηr/c对c作图,得两直线,外推至c→0,截距为[η]。

两直线方程分别为

;

。

线型柔性聚合物在良溶剂中,k’+k”=0.5,由此可得一点法公式

5.粘度法的应用

1）测粘均分子量2）测支化度

3）研究聚合物的分子链尺寸

凝胶渗透色谱GPC

1.GPC组成:

泵系统,自动进料系统,加热恒温系统,分离系统,检测系统

2.淋出体积Ve:

自试样进柱到被淋洗出来,所接受到的淋出液体积称为该试样的淋出体积Ve或称为保留体积VR。

对多分散试样,每一个级分,都有其淋出体积。

3.GPC为什么色谱柱会存在柱效

色谱柱有使用的上限和下限。

使用上限是当聚合物最小的分子尺寸比色谱柱中最大的凝胶颗粒的尺寸还大,这时高聚物进入不了凝胶颗粒孔径,全部从凝胶颗粒外部流过。

而且还有堵塞凝胶孔的可能,影响色谱柱的分离效率,降低其使用寿命。

使用下限是当聚合物中最大尺寸的分子链比凝胶孔的最小孔径还要小,也没有达到分离的目的。

5.GPC测分子量为什么要使用普适曲线

GPC方法中,要确定淋洗体积或淋洗时间与相对分子质量的对应关系,需要用已知相对分子质量的单分散标准聚合物预先做一条淋洗体积或淋洗时间和相对分子质量的对应关系。

但聚合物中能够制得标准样的聚合物种类不多,这时可用普适校正原理。

6.GPC的应用

测定聚合物的平均相对分子质量和相对分子质量分布,测定聚合物中的助剂,弹性体双键分布的测定,制备窄分布的聚合物,研究支化高分子,共聚物组成的测定

6.分子量分布如何测得,用什么装置

示差折光检测仪,它经过浓度不同折光指数不同的原理,经过连续测定样品流路和参比流路间的液体的折光指数的差值来检测从色谱柱流出液体中样品的浓度。

7.凝胶渗透色谱,GPC（gelpermeationchromatography）,被测聚合物溶液经过一根装有不同孔径凝胶的色谱柱子,大分子只能从粒子间隙经过,速率较快,而小分子能够进入粒子中的小孔,速率较慢,经过一定长度的色谱柱后,分子根据分子质量被分开,大分子先出来,小分子后出来。

能够知道Mw,Mn,Mz,α等

差示扫描量热仪

1.DSC不但可涵盖DTA的一般功能,而且还可定量地测定各种热力学参数（如热焓、熵和比热等）,因此在材料应用科学和理论研究中获得广泛应用。

与DTA相比的优势:

直接给出热流,分辨率高DSC的局限:

测试温度范围窄,不能测试腐蚀性材料,仪器复杂。

2.根据测量方式不同,DSC可分为两类:

1）功率补尝型DSC

2）热流型DSC

3.影响因素:

样品少,分辨率高,但灵敏度下降

升温速度快,灵敏度提高,但分辨率下降

气氛

3.差示扫描量热仪,DSC（DifferentialScanningCalorimeter）,在程序控温下,保持样品和参比的温度相同,记录热流随温度的变化。

可知Tg,Tc,Tm,结晶度,固化过程。

4.DTA差热分析仪（differentialthermalanalyzer）

热失重分析

1.起始分解温度外延起始温度外延终止温度终止温度

2.热失重分析,TGA（thermogravimeticanalysis）,在过程控制温度下,测量试样的质量与温度（或时间）的关系。

3.热重分析的结果用热重曲线或微分热重曲线表示。

微分热重法（DerivativeThermogravimetryDTG）或称导数热重法,是对TG曲线对时间进行曲线对时间进行一次微商（一阶导数）一次微商（一阶导数）从而得到dm/dt—T曲线的一种方法,它表示质量随时间的变化速率（失重速率）与温度（或时间）的函数关系曲线的一种方法,它表示质量随时间的变化速率（失重速率）与温度（或时间）的函数关系。

微商热重法的特点:

TG曲线对于某些受热过程中出现的台阶不大明显,但利用曲线对于某些受热过程中出现的台阶不大明显,但利用DTG则能呈现明显的最大值。

因此则能呈现明显的最大值。

因此DTG能很好显示出重叠反应,区分各个反应阶段。

能很好显示出重叠反应,区分各个反应阶段。

DTG能精确显示微小质量变化的起点。

DTG能精确显示微小质量变化的起点。

微商热重法的特点如何?

一次测定可同时获得TG和DTG两条曲线。

DTG曲线能精确反映出起始反应温度,到达最大反应速率的温度和反应终止温度。

曲线能精确反映出起始反应温度,到达最大反应速率的温度和反应终止温度。

把DTG曲线峰面积与样品量的变化精确地加以对照就能进行定量分析。

TG的应用:

聚合物热稳定性的评价,组成的剖析,共聚物的分析,共混物的分析,用热重法研究聚合物固化,聚合物的降解反应动力学

动态力学分析

1.外力的频率增加相当于降低温度或减少时间具有相同的效果,使材料刚性提高

2.主转变（玻璃化转变）,这段除模量急趋下降外,tanб和E”都急趋增大并出现极大值后再迅速下降,反映了聚合物中无定形或非晶这部分链段由冻结到自由运动的转变。

次级转变,模量有小的跌落,出现模耗峰,反映比链段更小的运动单元（局部侧基,端基,极短的链节等）由冻结到自由运动的转变。

3动态力学分析有自由振动法（扭摆仪,扭辫仪）,强迫共振法（振簧仪,复数模量仪,动态力学分析仪）,非共振强迫振动（动态粘弹谱仪）

3.动态力学分析DMA（Dynamicmechanicalanalysis）,在程序控温下,样品在周期性的外力作用下tanб随温度的变化关系,可知道Tg,E

偏光显微镜

1.制样方法:

热压制膜,溶液浇铸制膜,切片,打磨

2.偏光显微镜,POM（polarzingmicroscope）,聚合物存在晶态或者有取向时,光学性质随方向而异,当光线经过它时会发生双折射现象,即可经过检偏器观察到结构状态,可知球晶尺寸,球晶生长动力学

3.简述聚合物球晶在正交偏光下黑十字及消光环成因

球晶由中心往外辐射排列的芯片组成,各芯片中半径方向与切线方向的折射率是一样的,因为决定光强是α,当α=0°,90,180,270时,sin2α为0.这几个角度没有光经过。

当α=45的奇数倍,sin2α有极大值,视野最亮。

因此有黑十字。

如果片晶组成的微纤从中心往外生长时出现了周期性扭转,就会产生消光环

原子力显微镜

1.原子力显微镜,AFM（atomicforcemicroscope）,探针与样品之间作用力与距离的关系,可观察样品表面。

2.AFM的测试原理和特点

AFM是利用原子之间的范德华力作用来呈现样品的表面特性。

将一个对微弱力敏感的微悬臂一端固定,另一端有微小的针尖,针尖与样品表面轻轻接触,由于针尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,经过扫描时控制这种力的恒定,带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直与样品的表面方向起伏运动。

利用光学检测法或隧道电流检测可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而能够获得样品表面形貌的信息。

特点:

原子级高分辨率,可实时得到样品表面的三维图像,非破坏性,条件限制少

透射电镜

1.电镜三要素:

分辨率б=0.61λ/nsinα（λ=（1.5/v）1/2）

放大倍数=肉眼分辨率（0.2mm）/电镜分辨率（0.2nm）

衬度:

取决于样品各处参与成像的电子数目类别

样品厚,图像暗;原子序数大,图像暗;密度大,图像暗;电子数目多,散射越厉害,透射电子就越少,图像越暗、

2.透射电镜TEM（transmissionelectrommicroscope）,透过样品电子成像,能研究多相结构,微孔尺寸

扫描电镜

1.特点:

焦深大,图像富有立体感,特别适合于表面形貌的研究。

放大倍数范围广,制样简单,样品电子损伤小。

2.分辨率,电子束直径越小,分辨率越高,但信噪比越小

放大倍数=屏幕的分辨率/电子束直径

衬度（表面形貌衬度,原子序数衬度）:

表面形貌衬度是样品表面凹凸决定的

焦深大意味着能使不平整性大的表面上下都能聚焦

3.扫描电镜SEM（scanningelectronmicroscope）,二次电子加背景散射电子成像,能观察表面,断面,多相结构。

冲击拉伸

简支梁冲撞和悬臂梁冲撞

1.F=wl（cosθ2-cosθ1）

б=F/A

2.力学性能测试一般需要5个样品,后续求平均值和标准偏差