8.1_偏光显微分析技术分析.ppt

显微分析技术 主要内容 第一节 偏光显微镜 一、光学显微镜概述 人眼能观察到的最小物体： 0.2mm 光学显微镜的极限分辨率： 0.2um 光学显微镜的最大放大倍数 1000 该尺寸范围内的高分子材料结构： 高分子的结晶形态；取向态；共混或嵌段、接枝共聚物的区域结构；复合材料的多相结构以及高分子液晶态的织构等。 二、 光学显微镜的结构与原理 光学显微镜的放大倍数(M) M = M1 ×M2 M1 物镜的放大倍数; M2 目镜的放大倍数。 三、特殊的光学显微镜的分类 偏光显微镜 荧光显微镜 干涉显微镜 相差显微镜 金相显微镜 四、偏光显微镜 将普通光改变为偏振光进行镜检,以鉴别某一物质具有单折射性(各向同性)或双折射性(各向异性) 偏光显微镜可观察到微米（um）及以上尺寸的晶体；分辨率可达0.04微米 其主要实验依据为晶体双折射效应和偏振光特性。 偏振光的产生原理： 偏振片中存在着某种特征性的方向叫做偏振化方向； 偏振片只允许∥偏振化方向的振动光通过，同时吸收该方向振动的光； 所以，自然光经过偏振片后成为具有一定振动方向的偏振光。 凡装有两个偏光镜 ，且其振动方向相互垂直的显微镜就叫做正交偏光显微镜。 正交偏光显微镜的三种工作状态 1.当载物台上无样品时，目镜视域完全黑暗； 2.当载物台上样品为各向同性时，由于各向同性物体只有一个折射率，即不发生双折射，也不改变入射偏振光的振动方向，同1，视野黑暗； 3 当放置晶体样品时 由于晶体的光学各向异性（立方晶除外），光波入射后发生双折射现象，产生与晶体光轴∥和⊥的两种偏光K1和K2。 设K1、K2的振动方向与P2的振动方向AA斜交（见左图），故K1、K2进入P2时再度发生分解，形成与P2相互的四种偏光。其中⊥P2的偏光不能透过，而∥P2的光可全透过，并相互干涉到目镜。 球晶是一种多晶，其最基本结构单元是折叠链晶片。这些晶片中的大分子沿与球晶半径相切的方向择优排列，如图所示。 ● 球晶的Maltase黑十字 当一束偏振光通过球晶时，即在平行于分子链和垂直于分子链的方向上有不同的折光率发生双折射，分成两束相互垂直的偏振光，即这两束光分别平行和垂直于球晶半径的方向。由于两方向的折射率不同，两束光通过样品的速度是不等的，必然产生一定的相位差而发生干涉现象。通过球晶的部分光可以通过与起偏镜处于正交位置的检偏镜，另一部分区域的光线不能通过，最后形成亮暗区域，呈现出球晶特有的黑十字消光图案。 偏光显微镜的组成 偏光显微镜必须具备以下附件：起偏镜，检偏镜，补偿器或相位片，专用无应力物镜，旋转载物台。  九、制样技术 热压制膜：将热塑性聚合物放在载玻片上，盖上一块盖玻片，置于热台上加热熔融，然后施加压力使熔体展开成膜，再冷却至室温。 溶液浇铸制膜：用适当溶剂将试样溶解，将干净的玻片插入溶液后迅速取出，或滴数滴溶液与玻片上，干燥后即得薄膜。 切片：使用切片机。 打磨：较硬的高分子可用金刚砂打磨，软的可用Al2O3或Fe2O3打磨。 十、偏光显微镜在高分子研究中的应用 1、观察聚合物单晶 1953年，Schlesinger. W 借助偏光显微镜观察反式聚异戊二烯的苯溶液，冷却析出的结晶，发现其具有单晶的光学特性，认为可能是单晶，后来通过电子衍射证实了这一发现。1957年PE单晶首次由电镜观察到。　 聚乙烯单晶三维形态图、单晶的高度图，大概为12.3nm 2.观察聚合物球晶的形态 球晶是聚合物最常见的结晶形态。当结晶性聚合物从溶液中析出或从熔体冷却时,在没有应力或流动存在的情况下,一般都生成球晶。如：聚乙烯、未取向前的等规聚丙烯薄膜及尼龙纤维一般都为球晶。 单个聚乙烯球晶的偏光显微镜照片 截顶的聚丙烯球晶 具消光环的截顶PE球晶 聚甲醛针状伸直链晶体 串晶 2．观察聚合物球晶的成核情况 均相成核是以熔体中的高分子链段依靠热运动形成有序排列的链束（晶核），由于核是相继产生的，有时间依赖性。其图象呈双曲线形。 异相成核是以外来杂质、未完全熔融的残余结晶聚合物、分散的小颗粒固体或容器的器壁、以及样品的表面为中心，吸附熔体中的高分子链经有序排列而形成晶核的，因此它是瞬间形成的，同时生长，无时间依赖性，其图像呈边缘笔直的多边形。 聚丙烯表面成核(正交偏光，51×） 以污染物纤维成核的聚丙烯正交偏光照片（281×） 球晶的生长示意图 （2）结晶动力学 用于结晶动力学研究的偏光显微镜附有等速升温和恒温物台，试样熔融后立即进行等温结晶，在偏光显微镜下观察球晶半径的变化，球晶半径对时间作图为一直线，单位时间（一般为分钟）内球晶半径增加的长度表示球晶的径向生长速度（um/min），即直线斜率为球晶径向生长