偏光顯微分析技術第一頁，共五十頁，2022年，8月28日

顯微分析技術第二頁，共五十頁，2022年，8月28日借助顯微鏡對聚合物結構與性能的關系進行研究。光學顯微鏡：微米級電子顯微鏡：納米級微觀介觀原子力顯微鏡：納米級微觀第三頁，共五十頁，2022年，8月28日聚合物的多層次結構第四頁，共五十頁，2022年，8月28日PMSPMTEMSEM第五頁，共五十頁，2022年，8月28日

主要內容偏光顯微鏡(PM)透射電子顯微鏡(TEM)掃描電子顯微鏡(SEM)第六頁，共五十頁，2022年，8月28日第一節偏光顯微鏡

光學顯微鏡可用于研究透明與不透明材料的形態結構，雖然近代測試技術，特別是電子顯微鏡的問世，提供了強有力的形態觀測手段，但作為直觀、簡單方便、價格相對低廉的實驗室儀器，其有著其它儀器不可替代的優勢，在高分子材料科學的研究中應用十分廣泛。第七頁，共五十頁，2022年，8月28日一、光學顯微鏡概述人眼能觀察到的最小物體： 0.2mm光學顯微鏡的極限分辨率： 0.2um光學顯微鏡的最大放大倍數 1000該尺寸范圍內的高分子材料結構：高分子的結晶形態；取向態；共混或嵌段、接枝共聚物的區域結構；復合材料的多相結構以及高分子液晶態的織構等。第八頁，共五十頁，2022年，8月28日二、光學顯微鏡的結構與原理1.光學顯微鏡普通生物顯微鏡由3部分構成：①照明系統：包括光源和聚光器。②光學放大系統：由物鏡和目鏡組成，是顯微鏡的主體。③機械裝置：用于固定材料和觀察方便，包括鏡臺(載物臺)、調節器和、物鏡轉換器(旋轉器)等。第九頁，共五十頁，2022年，8月28日光學顯微鏡的放大倍數(M)M=M1×M2M1物鏡的放大倍數;M2目鏡的放大倍數。第十頁，共五十頁，2022年，8月28日三、特殊的光學顯微鏡的分類偏光顯微鏡熒光顯微鏡干涉顯微鏡相差顯微鏡金相顯微鏡第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日四、偏光顯微鏡將普通光改變為偏振光進行鏡檢,以鑒別某一物質具有單折射性(各向同性)或雙折射性(各向異性)偏光顯微鏡可觀察到微米（um）及以上尺寸的晶體；分辨率可達0.04微米其主要實驗依據為晶體雙折射效應和偏振光特性。

第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日雙折射（doublerefraction）：光束入射到各向異性的晶體上時，入射光分解為兩束光而沿不同方向折射的現象。它們為振動方向互相垂直的線偏振光。第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日偏振光的產生原理：偏振片中存在著某種特征性的方向叫做偏振化方向；偏振片只允許∥偏振化方向的振動光通過，同時吸收該方向振動的光；所以，自然光經過偏振片后成為具有一定振動方向的偏振光。凡裝有兩個偏光鏡，且其振動方向相互垂直的顯微鏡就叫做正交偏光顯微鏡。偏振光是如何產生的？—偏振片第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日偏振光經過旋轉的檢偏器后光強發生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光....第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日偏振光經過旋轉的檢偏器后光強發生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光....第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日偏振光經過旋轉的檢偏器后光強發生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光....第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日偏振光經過旋轉的檢偏器后光強發生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光....第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日正交偏光顯微鏡的三種工作狀態1.當載物臺上無樣品時，目鏡視域完全黑暗；2.當載物臺上樣品為各向同性時，由于各向同性物體只有一個折射率，即不發生雙折射，也不改變入射偏振光的振動方向，同1，視野黑暗；第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日3當放置晶體樣品時由于晶體的光學各向異性（立方晶除外），光波入射后發生雙折射現象，產生與晶體光軸∥和⊥的兩種偏光K1和K2。設K1、K2的振動方向與P2的振動方向AA斜交（見左圖），故K1、K2進入P2時再度發生分解，形成與P2相互的四種偏光。其中⊥P2的偏光不能透過，而∥P2的光可全透過，并相互干涉到目鏡。P1P2第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日球晶是一種多晶，其最基本結構單元是折疊鏈晶片。這些晶片中的大分子沿與球晶半徑相切的方向擇優排列，如圖所示。第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日●球晶的Maltase黑十字當一束偏振光通過球晶時，即在平行于分子鏈和垂直于分子鏈的方向上有不同的折光率發生雙折射，分成兩束相互垂直的偏振光，即這兩束光分別平行和垂直于球晶半徑的方向。由于兩方向的折射率不同，兩束光通過樣品的速度是不等的，必然產生一定的相位差而發生干涉現象。通過球晶的部分光可以通過與起偏鏡處于正交位置的檢偏鏡，另一部分區域的光線不能通過，最后形成亮暗區域，呈現出球晶特有的黑十字消光圖案。第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日偏光顯微鏡的組成偏光顯微鏡必須具備以下附件：起偏鏡，檢偏鏡，補償器或相位片，專用無應力物鏡，旋轉載物臺。

第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日九、制樣技術熱壓制膜：將熱塑性聚合物放在載玻片上，蓋上一塊蓋玻片，置于熱臺上加熱熔融，然后施加壓力使熔體展開成膜，再冷卻至室溫。溶液澆鑄制膜：用適當溶劑將試樣溶解，將干凈的玻片插入溶液后迅速取出，或滴數滴溶液與玻片上，干燥后即得薄膜。切片：使用切片機。打磨：較硬的高分子可用金剛砂打磨，軟的可用Al2O3或Fe2O3打磨。第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日十、偏光顯微鏡在高分子研究中的應用1、觀察聚合物單晶

1953年，Schlesinger.W借助偏光顯微鏡觀察反式聚異戊二烯的苯溶液，冷卻析出的結晶，發現其具有單晶的光學特性，認為可能是單晶，后來通過電子衍射證實了這一發現。1957年PE單晶首次由電鏡觀察到。第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日聚乙烯單晶三維形態圖、單晶的高度圖，大概為12.3nm

第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日Polyoxymethylene聚甲醛TruncatedlozengeofPE高分子單晶第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日PEOG.Reiter高分子單晶第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日2.觀察聚合物球晶的形態

球晶是聚合物最常見的結晶形態。當結晶性聚合物從溶液中析出或從熔體冷卻時,在沒有應力或流動存在的情況下,一般都生成球晶。如：聚乙烯、未取向前的等規聚丙烯薄膜及尼龍纖維一般都為球晶。第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日2、觀察聚合物球晶

一般球晶的結構特點

第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日R.G.Alamo,G.M.Brown,L.Mandelkern,A.Lehtinen,R.PaukkeriPolymer1999,40,3933第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日單個聚乙烯球晶的偏光顯微鏡照片第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日截頂的聚丙烯球晶多個球晶生長過程中互相碰撞第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日

具消光環的截頂PE球晶如果由晶片組成的微纖從中心往外生長時出現周期性扭轉，則產生零雙折射的環。第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日聚甲醛針狀伸直鏈晶體

Extended-chaincrystals第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日串晶第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日2．觀察聚合物球晶的成核情況均相成核是以熔體中的高分子鏈段依靠熱運動形成有序排列的鏈束（晶核），由于核是相繼產生的，有時間依賴性。其圖象呈雙曲線形。異相成核是以外來雜質、未完全熔融的殘余結晶聚合物、分散的小顆粒固體或容器的器壁、以及樣品的表面為中心，吸附熔體中的高分子鏈經有序排列而形成晶核的，因此它是瞬間形成的，同時生長，無時間依賴性，其圖像呈邊緣筆直的多邊形。第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日

聚丙烯表面成核(正交偏光，51×）第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日以污染物纖維成核的聚丙烯正交偏光照片（281×）第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日

球晶的生長示意圖

3．球晶的生長和結晶動力學第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日（2）結晶動力學用于結晶動力學研究的偏光顯微鏡附有等速升溫和恒溫物臺，試樣熔融后立即進行等溫結晶，在偏光顯微鏡下觀察球晶半徑的變化，球晶半徑對時間作圖為一直線，單位時間（一般為分鐘）內球晶半徑增加的長度表示球晶的徑向生長速度（um/min），即直線斜率為球晶徑向生長速率。第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日第四十五頁，共五十頁，2022年，8月28日

聚丙烯在140oC下結晶不同時間后淬火樣品正交偏光顯微鏡照片（a-1hb-4hc-8hd-12h137×)

第四十六頁，共五十頁，2022年，8月28日球晶徑向