现代材料分析测试技术显微分析技术

关于现代材料分析测试技术显微分析技术1.光学显微镜第2页,共98页，2024年2月25日，星期天光学显微镜的极限分辨率：0.2

m光学显微镜的最大放大倍数人眼极限分辨率1000倍显微镜分辨率==0.2mm0.2

m=第3页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1光学显微镜的结构与原理相差显微镜(PhaseContrastMicroscope)偏光显微镜(PolarizedLightMicroscope)第4页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.1偏光显微镜的结构各向异性双折射现象试样台上：检偏镜下：起偏镜第5页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.2相差显微镜观察透明体组成的高分子共混物共混程度光栏：在光源和聚光镜之间相板：物镜后焦平面处由光学玻璃制成的具有一定厚度和折射率的薄片第6页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.3制样技术(实验课讲)

对于显微技术来说,制样是非常关键的一步，样品制备不好会丢失许多重要的结构信息,甚至会造成假象,误导我们作出错误的解释。第7页,共98页，2024年2月25日，星期天制样方法崩裂热压制膜溶液浇铸制膜切片打磨复型第8页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.4光学显微镜在高分子研究中的应用偏光显微镜主要用于研究球晶和取向态结构（各向异性）相差显微镜主要用于观察透明体组成的相态结构第9页,共98页，2024年2月25日，星期天聚合物结晶形态观察晶格片晶球晶XRDSEM,TEM偏光1-10Å10-100nm1-10

m第10页,共98页，2024年2月25日，星期天晶格又称空间格子，用以说明晶体内部结构规律性的一种几何图形，即构成晶体的质点(离子、原子或分子)以一定的规则在空间确定的点上作格子状的周期性重复排列，构成了无数个向三维空间无限伸展的、相互迭置的六面体。14种类型第11页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.4.1观察聚合物球晶形态第12页,共98页，2024年2月25日，星期天溶液中析出熔体冷却在没有应力或流动存在的情况下球晶马尔他十字消光图象(MalteseCross)PE等规PPNylon对称性双折射性质第13页,共98页，2024年2月25日，星期天单个PE球晶的偏光显微镜照片（720×）第14页,共98页，2024年2月25日，星期天多个PE球晶的偏光显微镜照片（55×）第15页,共98页，2024年2月25日，星期天具消光环的偏光显微镜照（720×）第16页,共98页，2024年2月25日，星期天球晶第17页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.4.2观察球晶的成核情况聚合物结晶过程晶核形成晶粒生长第18页,共98页，2024年2月25日，星期天晶核形成均相成核异相成核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）有时间依赖性无时间依赖性以外来杂质、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后经有序排列而形成晶核。第19页,共98页，2024年2月25日，星期天以污染物纤维成核的PP正交偏光照片（281×）第20页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.4.3球晶的生长和结晶动力学第21页,共98页，2024年2月25日，星期天(1)球晶的生长示意图第22页,共98页，2024年2月25日，星期天（2）结晶动力学(附有等速升温和恒温物台)试样熔融后立即进行等温结晶第23页,共98页，2024年2月25日，星期天第24页,共98页，2024年2月25日，星期天球晶组织形态第25页,共98页，2024年2月25日，星期天球晶的径向生长速度t/minr/

m以单位时间内球晶半径增加的长度表示（

m/min），即直线斜率第26页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.4.

4观察高分子液晶的织构液晶的光学织构一般鉴别向列型和胆淄型液晶较可靠，近晶型则可靠性较低。液晶薄膜在偏光显微镜下所观察到的图像液晶的每种晶型的织构各不相同，因此鉴别液晶不同的晶型。第27页,共98页，2024年2月25日，星期天在偏光显微镜下看到的液晶集合体胆甾相液晶第28页,共98页，2024年2月25日，星期天胆甾相液晶由螺旋状液晶层的重叠所构成随着温度的变化呈现出鲜艳的干涉色，因而最初被应用于温度计的显示是最早应用于商业用途的。

第29页,共98页，2024年2月25日，星期天在偏光显微镜下看到的液晶集合体向列相液晶第30页,共98页，2024年2月25日，星期天向列相液晶是最接近于液体的液晶相，也是最容易处理的液晶相。现在市场上所出售的液晶显示器几乎都使用该液晶。第31页,共98页，2024年2月25日，星期天液晶的焦锥织构第32页,共98页，2024年2月25日，星期天一种芳香共聚酯的纹影织构（偏光，730×）第33页,共98页，2024年2月25日，星期天第34页,共98页，2024年2月25日，星期天1.1.4.5两相聚合物相容性的观察相差显微镜第35页,共98页，2024年2月25日，星期天

PVC/PAN体系(1)聚合物配比(2)温度对相容性的影响第36页,共98页，2024年2月25日，星期天9：18：27：36：4第37页,共98页，2024年2月25日，星期天40ºC15ºC60ºC第38页,共98页，2024年2月25日，星期天2.电子显微镜透射电子显微镜(TransmissionElectronMicroscope,TEM)扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)第39页,共98页，2024年2月25日，星期天2.1电镜的构造及成像原理

(自学,教材P185,P187)12345679

电子与物质作用产生的信息1-感应电导2-荧光3-特征X射线4-二次电子5-背散射电子6-俄歇电子7-吸收电子8-试样9-透射电子8第40页,共98页，2024年2月25日，星期天2.2电子与物质相互作用电子运动方向和能量同时发生变化.透射:电子直接穿过样品,电子与物质无相互作用散射:电子与样品相互作用,电子运动方向改变弹性散射电子只改变运动方向；能量不发生变化非弹性散射:第41页,共98页，2024年2月25日，星期天2.3TEM特点基本构造与光学显微镜相似,主要由光源、物镜、投影镜三部分组成,所不同的是用电子束代替了光束,用磁透镜代替了玻璃透镜利用透射电子成像必须在高真空下进行观察第42页,共98页，2024年2月25日，星期天2.4SEM特点利用二次电子和背散射电子成像焦深大，图像富有立体感，特别适合于表面形貌分析放大倍数范围广，从十几倍到20000倍，覆盖了光学显微镜和透射电镜的范围。制样简单，样品电子损伤小。第43页,共98页，2024年2月25日，星期天2.5制样技术(自学,参考张权编《聚合物显微学》)第44页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6电镜在聚合物研究中的应用第45页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.1聚合物结晶形态的观察第46页,共98页，2024年2月25日，星期天PE单晶（0.05%二甲苯溶液5oC结晶)第47页,共98页，2024年2月25日，星期天线型PE球晶局部的TEM照片（2600×）第48页,共98页，2024年2月25日，星期天PE串晶的TEM照片第49页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.2液晶织构的观察第50页,共98页，2024年2月25日，星期天液晶的条带织构a-SEMb-TEM第51页,共98页，2024年2月25日，星期天第52页,共98页，2024年2月25日，星期天第53页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.3纤维的观察第54页,共98页，2024年2月25日，星期天典型织物的SEM照片(17×)第55页,共98页，2024年2月25日，星期天无纺布的SEM照片第56页,共98页，2024年2月25日，星期天扫描电子显微镜下的蜘蛛单丝表面

第57页,共98页，2024年2月25日，星期天生物钢—蜘蛛丝只要有一根铅笔般粗细的蜘蛛丝，就能抵御一架波音747大型客机起飞时的动力（拖住不让起飞）

蜘蛛丝究竟有多坚韧呢？同样粗细的钢丝和蜘蛛丝一起接受拉力试验，扯断蜘蛛丝的能耗比扯断钢丝的能耗足足高出100倍！蜘蛛丝的重量特别轻，长达数千米也不过1克重。在各类蜘蛛丝中，尤以用来构建蜘蛛网骨架的拖牵丝的韧性为最，远超过目前防弹衣材料凯夫拉(kevlar)纤维，而且，它比后者更富于弹性和伸缩性。第58页,共98页，2024年2月25日，星期天扫描电子显微镜观察下的蜘蛛单丝断面第59页,共98页，2024年2月25日，星期天蜘蛛丝被拉断时显示出的"皮"结构，也称"鞘"结构（箭头所示部分）

第60页,共98页，2024年2月25日，星期天蜘蛛丝被拉断时显示出的"芯"结构，也称"剑"结构（箭头所示部分）

第61页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.4微孔膜的观察一般过滤器只能分离出直径为10-1000

m的颗粒。微孔膜则可以分离出0.05-1

m或更小的颗粒。第62页,共98页，2024年2月25日，星期天微孔膜celgard的SEM像(55000×)第63页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.5纳米结构观察第64页,共98页，2024年2月25日，星期天氧化锌纳米螺旋结构第65页,共98页，2024年2月25日，星期天(A)超晶格结构的氧化锌纳米螺旋结构的扫描电子显微镜照片。(B)透射电子显微镜照片展现构成螺旋结构的纳米带是由周期性超晶格结构所构成的。

第66页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.6研究多相体系的相态结构共聚

增韧共混填充第67页,共98页，2024年2月25日，星期天高抗冲尼龙的显微镜照片（1）a相差显微镜第68页,共98页，2024年2月25日，星期天高抗冲尼龙的显微镜照片（2）bTEM5140×第69页,共98页，2024年2月25日，星期天高抗冲尼龙的显微镜照片（3）cTEM5790×第70页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.7发泡材料的观察第71页,共98页，2024年2月25日，星期天发泡PE的SEM照片第72页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.8粘合剂的观察第73页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.9聚合物内部结构的观察第74页,共98页，2024年2月25日，星期天

芳纶刻蚀后的内部形貌(SEM)第75页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.10聚合物破坏情况的观察第76页,共98页，2024年2月25日，星期天抗冲PS的应力发白现象(OSO4染色)第77页,共98页，2024年2月25日，星期天2.6.11第78页,共98页，2024年2月25日，星期天DNA的双螺旋结构第79页,共98页，2024年2月25日，星期天3.扫描隧道显微镜（STM）

原子力显微镜（AFM）ScanningTunnelingMicroscopeAtomicForceMicroscope第80页,共98页，2024年2月25日，星期天

四年后，Binning、C.F.Quate和C.Gerber发明了原子力显微（AFM），并因此在聚合物的研究中得到广泛的应用。

1982年，G．Binning和H.Rohner在IBM发明了扫描隧道显微镜（ScanningTunnelingMicroscope,STM），并因此获1986年的诺贝尔物理奖。但它只能观察导电的试样。第81页,共98页，2024年2月25日，星期天AFM的工作原理将一个对微弱力极敏感的微臂一端固定，另一端有一个微小的针尖，针尖的尖端原子与样品表面原子间存在微弱的排斥力（10-8~10-6N），利用光学检测法，通过测量针尖与样品表面原子间的作用力来获得样品表面形貌的三维信息。第82页,共98页，2024年2月25日，星期天二、原子力顯微鏡基本原理探針與物品接觸探針產生偏移雷射光造成反射光偵測器接收電腦繪出圖形第83页,共98页，2024年2月25日，星期天氮化係探針針尖放大圖第84页,共98页，2024年2月25日，星期天AFM分辨率0.1~0.2nm横向分辩率：纵向分辩率：0.01nm第85页,共98页，2024年2月25日，星期天AFM的优势：可用于表面结构动态过程研究达纳米级分辨率：纵向分辩率：0.01nm横向分辩率：0.1~0.2nm可在空