第7章X射线衍射.ppt

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1、1 1234213132KKK5IIleIIl0 0ln1 或612.00.4435.002.28460.402.2802.24gcmmimimW78910111213BraggBragg衍射示意图衍射示意图 0coscosPPR-QKPKK14 151617181920(1)(1)相机结构相机结构平板相机主要由准直光栅，平板相机主要由准直光栅，样品架和平板暗盒构成，它们样品架和平板暗盒构成，它们之间的距离可在相机支架的导之间的距离可在相机支架的导轨上调节，光栅在前，暗盒在轨上调节，光栅在前，暗盒在后，二者之间是样品架。后，二者之间是样品架。平板相机中，胶片平展且与平板相机中，胶片平展且与入射

2、线垂直。入射线垂直。平板相机的光学几何布置示意图平板相机的光学几何布置示意图S:S:光源光源;M:;M:滤波片滤波片;C:;C:光栅光栅;X:;X:样品样品;T:;T:胶胶片片;L:;L:衍射环衍射环21DebyeDebye机是一直径为机是一直径为57.3mm57.3mm或或114.6mm114.6mm金属圆柱盒，在金属圆柱盒，在盒壁某一高度位置上，沿一直径开有一对穿孔，分别插盒壁某一高度位置上，沿一直径开有一对穿孔，分别插配入射光栅和接收光栅。配入射光栅和接收光栅。样品固定在穿过盒盖中心的轴棒上，调整时，要使样样品固定在穿过盒盖中心的轴棒上，调整时，要使样品恰好位于入射线通路上。胶片卷贴在相

3、机的内壁。品恰好位于入射线通路上。胶片卷贴在相机的内壁。DebyeDebye相机截面示意图相机截面示意图1:1:相机壁相机壁;2:;2:试样试样;3:;3:接收光栅接收光栅;4:4:入射线入射线;5:;5:入射光栅入射光栅DebyeDebye相机的一种光学几何布置图相机的一种光学几何布置图S:S:光源光源;M:;M:滤波片滤波片;T:;T:胶片胶片;C:C:光栅光栅;X:;X:样品样品;L:;L:衍射环衍射环2223四种典型聚集态平板照相底片的特征示意图四种典型聚集态平板照相底片的特征示意图 242526送水装置送水装置X线管线管高压高压发生器发生器X线发生器线发生器(XG)测角仪测角仪样品样

4、品计数管计数管控制驱动装置控制驱动装置显示器显示器数据输出数据输出计数存储装置计数存储装置(ECP)水冷水冷高压电缆高压电缆角度扫描角度扫描(1)(1)多晶多晶X X射线衍射仪结构射线衍射仪结构三部分三部分:a.:a.高压发生器，高压发生器，b.b.测角仪，测角仪，c.c.外围设备外围设备(记录记录仪，仪器处理系统，测角仪控制系统等仪，仪器处理系统，测角仪控制系统等)。27测角仪结构示意图测角仪结构示意图G:G:测角仪圆测角仪圆;H:;H:试样台试样台;C:;C:计数器计数器;S:XS:X射线源射线源;P:;P:接收狭缝接收狭缝;K:K:刻度尺刻度尺;D:;D:试样试样;E:;E:支架支架测角

5、仪是衍射仪的核心部分，它以同轴的两个联动转盘为基座，测角仪是衍射仪的核心部分，它以同轴的两个联动转盘为基座，大小盘联动角速度恒比为大小盘联动角速度恒比为2:12:1。转盘轴心插放样品架，随小盘。转盘轴心插放样品架，随小盘转动。转动。X X射线源与计数器射线源与计数器C C到转轴的距离相等，以便所采用的平到转轴的距离相等，以便所采用的平板状试样对衍射线束产生一定程度的聚焦。板状试样对衍射线束产生一定程度的聚焦。衍射仪光学几何布置示意图衍射仪光学几何布置示意图28多晶衍射仪试样是平板式的，长宽多晶衍射仪试样是平板式的，长宽2535mm，厚度由样，厚度由样品的品的X射线吸收系数和衍射角射线吸收系数和

6、衍射角2的扫描范围决定，高聚物一的扫描范围决定，高聚物一般为般为0.51mm，要求厚度均匀，且入射线照射面一定要尽，要求厚度均匀，且入射线照射面一定要尽可能平整。样品内微晶取向应尽可能的小。可能平整。样品内微晶取向应尽可能的小。板材，片材用刀剪制样。薄膜常需将若干层叠粘成片。纤板材，片材用刀剪制样。薄膜常需将若干层叠粘成片。纤维需剪成粉末状，然后填入一定大小的框子里，用玻璃片维需剪成粉末状，然后填入一定大小的框子里，用玻璃片压成表面平整的压成表面平整的“毡片毡片”，连同框架插到样品台上。颗粒，连同框架插到样品台上。颗粒或粉末样品要研磨到手触无颗粒感，然后填入框槽中，用或粉末样品要研磨到手触无颗

7、粒感，然后填入框槽中，用玻璃轻压抹平。高聚物树脂可用压机冷压制样。玻璃轻压抹平。高聚物树脂可用压机冷压制样。(2)(2)制样制样 29 衍射谱图是衍射强度衍射谱图是衍射强度(I)(I)与衍射角与衍射角(2(2)的关系图。的关系图。a:a:晶态试样衍射，特征是衍射峰尖锐，基线缓平。同一样品，微晶态试样衍射，特征是衍射峰尖锐，基线缓平。同一样品，微晶的择优取向只影响峰的相对强度。晶的择优取向只影响峰的相对强度。b:b:固态非晶试样散射，呈现为一个固态非晶试样散射，呈现为一个(或两个或两个)相当宽化的相当宽化的“隆峰隆峰”。四种典型聚集态衍射谱图四种典型聚集态衍射谱图的特征示意图的特征示意图(3)(

8、3)典型聚集态衍射谱图的特征典型聚集态衍射谱图的特征c c与与d d是半晶样品的谱图。是半晶样品的谱图。c c有尖锐峰，且被隆拱起，表明有尖锐峰，且被隆拱起，表明试样中晶态与非晶态试样中晶态与非晶态“两相两相”差差别明显别明显;d d呈现为隆峰之上有突出峰，但呈现为隆峰之上有突出峰，但不尖锐，这表明试样中晶相很不不尖锐，这表明试样中晶相很不完整。完整。30313233非晶高分子的粉未衍射图非晶高分子的粉未衍射图(扫描法扫描法&平板照相法平板照相法)34比较两种聚乙烯的衍比较两种聚乙烯的衍射曲线，高密度聚乙烯射曲线，高密度聚乙烯比低密度聚乙烯的结晶比低密度聚乙烯的结晶度高，结晶有序性好，度高，结

9、晶有序性好，因而衍射锐利，而且在因而衍射锐利，而且在高角度上还有比较弱的高角度上还有比较弱的锐峰。锐峰。两种聚乙烯的非晶漫两种聚乙烯的非晶漫散射峰最大强度都出现散射峰最大强度都出现在在2=处，相应的处，相应的d=0.444nm。聚乙烯的衍射曲线聚乙烯的衍射曲线(a)HDPE;(b)LDPE35不同晶型的全同聚丙烯的不同晶型的全同聚丙烯的WAXDWAXD图图(a)(a)型型;(b);(b)型型;(c);(c)型型图中阴影区为非晶漫散峰图中阴影区为非晶漫散峰36尼龙尼龙6的的 晶型和晶型和 晶型同属单斜晶系，它们的区别是晶型同属单斜晶系，它们的区别是 型型在在2=有明显的有明显的(002)晶面的峰

10、。晶面的峰。型是拟六方晶系，型是拟六方晶系，是急冷时形成的，衍射图上只出现反映分子平均间距是急冷时形成的，衍射图上只出现反映分子平均间距20 左右的一个峰，不过此峰比非晶峰要尖锐。左右的一个峰，不过此峰比非晶峰要尖锐。不同晶型的尼龙不同晶型的尼龙6的的WAXD图图(a)型型;(b)型型;(c)型型37无规无规1,4-1,4-聚丁二烯聚丁二烯顺顺1,4-1,4-聚丁二烯聚丁二烯反反1.4-1.4-聚丁二烯聚丁二烯无规无规1,2-1,2-聚丁二烯聚丁二烯全同全同1,2-1,2-聚丁二烯聚丁二烯间同间同1,2-1,2-聚丁二烯聚丁二烯不同异构体聚丁二烯的不同异构体聚丁二烯的WAXDWAXD图图383

11、9未经热处理未经热处理：共混物保持了两组分各自的结构，尽管衍射峰：共混物保持了两组分各自的结构，尽管衍射峰略有变化。略有变化。热处理后热处理后：衍射线条的位置和强度相对于原组分都：衍射线条的位置和强度相对于原组分都有很大变化，说明至少在重结晶区结构有了改变。有很大变化，说明至少在重结晶区结构有了改变。聚乙烯醇聚乙烯醇-聚丙烯腈共混物纤维的赤道线聚丙烯腈共混物纤维的赤道线X射线衍射图射线衍射图(a)未经热处理未经热处理;(b)经经l00热处理热处理1h聚乙烯醇聚乙烯醇-聚丙烯腈共混物：将该共混物溶于二甲亚聚丙烯腈共混物：将该共混物溶于二甲亚砜中干法纺丝，测定纤维衍射图的赤道线砜中干法纺丝，测定纤

12、维衍射图的赤道线(零层线零层线)。4041422222224sinlkhn122124sinmn222224sinmn212212sinsinmm4344 BBKDcos45某晶面的衍射曲线某晶面的衍射曲线(a)(a)晶粒尺寸无限时晶粒尺寸无限时;(b);(b)晶粒尺寸有限时晶粒尺寸有限时BBKDcos464748典型的取向非晶高典型的取向非晶高聚物的平板照片聚物的平板照片冷拉不同倍数全同聚丙冷拉不同倍数全同聚丙烯薄膜的平板照片烯薄膜的平板照片49通过方位角扫描测定取向指数的示意图通过方位角扫描测定取向指数的示意图(a)(a)方位角的定义方位角的定义;(b);(b)方位角扫描得到的谱图方位角扫

13、描得到的谱图50下 回 再 见51习题：习题：1、X射线衍射原理是什么？射线衍射原理是什么？2、分析共聚物与共混物的、分析共聚物与共混物的X射线衍射图特点。射线衍射图特点。3、说明如何用、说明如何用X射线衍射法求晶粒尺寸。射线衍射法求晶粒尺寸。4、X射线衍射图谱分峰技术中的六点法是指哪六点？并射线衍射图谱分峰技术中的六点法是指哪六点？并画出简图。画出简图。5、取向非晶高聚物与取向结晶高聚物的、取向非晶高聚物与取向结晶高聚物的X射线平板照片射线平板照片各有什么特点？如何用各有什么特点？如何用X射线法表示聚合物的取向程度？射线法表示聚合物的取向程度？6、利用、利用X射线的感光效应，记录多晶试样所用相机有哪射线的感光效应，记录多晶试样所用相机有哪两种？这两种方法分别如何制样？两种？这两种方法分别如何制样？7、X射线衍射分析的衍射仪法如何来制样？射线衍射分析的衍射仪法如何来制样？52