偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶及其生長(zhǎng)過(guò)程-高分子物理-實(shí)驗(yàn)7-07.pdf

實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)七 偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶及其生長(zhǎng)過(guò)程偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶及其生長(zhǎng)過(guò)程 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 熟悉偏光顯微鏡的構(gòu)造 掌握偏光顯微鏡的使用方法 2 觀察聚丙烯在不同結(jié)晶溫度下得到的球晶的形態(tài) 估算聚丙烯球晶大小 3 測(cè)定聚丙烯在不同結(jié)晶度下的晶體的熔點(diǎn) 4 測(cè)定 25 聚丙烯的球晶生長(zhǎng)速度 二 實(shí)驗(yàn)原理二 實(shí)驗(yàn)原理 聚合物的結(jié)晶受外界條件影響很大 而結(jié)晶聚合物的性能與其結(jié)晶形態(tài)等有著密切的關(guān) 系 所以對(duì)聚合物的結(jié)晶形態(tài)研究具有很重要的意義 聚合物在不同條件下形成不同的結(jié)晶 比如單晶 球晶 纖維晶等等 而其中球晶是聚合物結(jié)晶時(shí)最常見(jiàn)的一種形態(tài) 如圖 1 所示 它是由晶核開始 片晶輻射狀生長(zhǎng)而成的球狀多晶聚集體 基本結(jié)構(gòu)單元是具有折疊鏈結(jié)構(gòu) 的片晶 如圖 2 所示 球晶可以長(zhǎng)得比較大 直徑甚至可以達(dá)到厘米數(shù)量級(jí) 在偏光顯微 鏡下球晶通常呈現(xiàn) Maltese 黑十字消光圖樣 因此 普通的偏光顯微鏡就可以對(duì)球晶進(jìn)行觀 察 圖 1 聚乙烯球晶的掃描電鏡照片 光是電磁波 也就是橫波 它的傳播方向與振動(dòng)方向垂直 但對(duì)于自然光來(lái)說(shuō) 它的振 動(dòng)方向均勻分布 沒(méi)有任何方向占優(yōu)勢(shì) 但是自然光通過(guò)反射 折射或選擇吸收后 可以轉(zhuǎn) 變?yōu)橹辉谝粋€(gè)方向上振動(dòng)的光波 即偏振光 一束自然光經(jīng)過(guò)兩片偏振片 如果兩個(gè)偏振軸 相互垂直 光線就無(wú)法通過(guò)了 光波在各向異性介質(zhì)中傳播時(shí) 其傳播速度隨振動(dòng)方向不同 而變化 折射率值也加以改變 一般都發(fā)生雙折射 分解成振動(dòng)方向相互垂直 傳播速度不 同 折射率不同的兩條偏振光 而這兩束偏振光通過(guò)第二個(gè)偏振片時(shí) 只有在與第二偏振軸 1 平行方向的光線可以通過(guò) 而通過(guò)的兩束光由 于光程差將會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象 在正交偏光顯微鏡下觀察 非晶體聚合 物 因?yàn)槠涓飨蛲?沒(méi)有發(fā)生雙折射現(xiàn)象 光線被正交的偏振鏡阻礙 視場(chǎng)黑暗 球晶會(huì) 呈現(xiàn)出特有的黑十字消光現(xiàn)象 黑十字的兩臂 分別平行于兩偏振軸的方向 而除了偏振片的 振動(dòng)方向外 其余部分就出現(xiàn)了因折射而產(chǎn) 生的光亮 如圖 3 是全同立構(gòu)聚苯乙烯球晶 的偏光顯微鏡照片 圖 2 球晶示意圖 在偏振光條件下 還可以觀察晶體的形 態(tài) 測(cè)定晶粒大小和研究晶體的多色性等 等 偏光顯微鏡的最佳分辯率為 200 nm 有 效放大倍數(shù)超過(guò) 500 1000 倍 與電子顯微 鏡 X 射線衍射法結(jié)合可提供較全面的晶體 結(jié)構(gòu)信息 圖 3 全同立構(gòu)聚苯乙烯球晶的偏光顯微鏡照片 10 11 9 8 7 6 3 5 4 2 1 三 儀器和試劑三 儀器和試劑 1 偏光顯微鏡 圖 4 一臺(tái) 攝影裝 置 附件一盒 擦鏡紙 鑷子 2 加熱板 控溫儀 恒溫水浴 電爐 3 蓋玻片 載玻片 4 聚丙烯 圖 4 偏光顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖 1 儀器底座 2 視場(chǎng)光闌 3 粗動(dòng)調(diào)焦受輪 4 微動(dòng)調(diào)焦受輪 5 起偏器 6 聚光鏡 7 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái) 8 物鏡 9 檢偏器 10 目鏡 11 勃氏鏡調(diào)節(jié)受輪 5 照相 印相 放大用的設(shè)備和藥品 135 膠卷 顯影液 定影液 相紙 等 2 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 顯微鏡調(diào)整 1 預(yù)先打開汞弧燈十分鐘 以獲得穩(wěn)定的光強(qiáng) 插入單色濾波片 2 去掉顯微鏡目鏡 起偏片和檢偏片置于 90 邊觀察顯微鏡筒 邊調(diào)節(jié)燈和反光鏡 的位置 如需要可調(diào)整檢偏片以獲得完全消光 視野盡可能暗 2 聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)觀察 1 切一小塊聚丙烯薄膜 放于干凈的載玻片上 使之離開玻片邊緣 在試樣上蓋上一 塊蓋玻片 2 預(yù)先把電熱板加熱到 200 將聚丙烯樣品在電熱板上熔融 然后迅速轉(zhuǎn)移到 50 的熱臺(tái)使之結(jié)晶 在偏光顯微鏡下觀察球晶 并照相 把同樣的樣品在熔融后于 100 和 0 條件下結(jié)晶 分別攝下結(jié)晶形態(tài) 底片經(jīng)沖洗 放大 得到清晰的圖案 3 測(cè)定聚合物球晶大小 把聚合物晶體薄片 放在正交顯微鏡下觀察 用顯微鏡目鏡分度尺測(cè)量球晶直徑 測(cè)定步驟如下 1 將帶有分度尺的目鏡插入鏡筒內(nèi) 將載物臺(tái)顯微尺置于載物臺(tái)上 使視區(qū)內(nèi)同時(shí)見(jiàn) 兩尺 2 調(diào)節(jié)焦距使兩尺平行排列 刻度清楚使兩零點(diǎn)相互重合 即可算出目鏡分度尺的值 3 取走載物臺(tái)顯微尺 將預(yù)測(cè)之樣品置于載物臺(tái)視域中心 觀察并記錄晶形 讀出球 晶在目鏡分度尺上的刻度 即可算出球晶直徑大小 4 球晶生長(zhǎng)速度的測(cè)定 1 將聚丙烯樣品在 200 下熔融 然后迅速放在 25 的熱臺(tái)上每隔 10 分鐘把球晶的形 態(tài)拍攝下來(lái) 直到球晶的大小不再變化為止 2 沖洗底片 并進(jìn)行放大 量出不同時(shí)間球晶的大小 用球晶半徑對(duì)時(shí)間作圖 得到 球晶生長(zhǎng)速度 5 測(cè)定聚丙烯在不同溫度下結(jié)晶的晶體的熔點(diǎn) 1 預(yù)先把電熱板調(diào)節(jié)到 200 使聚丙烯充分熔融 然后分別在 20 25 30 下結(jié)晶 每個(gè)結(jié)晶樣品置于偏光顯微鏡的熱臺(tái)上加熱 觀察黑十字開始消失的溫度 消失一半的 溫度和全部消失的溫度 記下這三個(gè)熔融溫度 2 實(shí)驗(yàn)完畢 關(guān)掉熱臺(tái)的電源 從顯微鏡上取下熱臺(tái) 3 關(guān)閉汞弧燈 3 五 思考題五 思考題 1 聚合物結(jié)晶有何特點(diǎn) 形態(tài)特征如何 結(jié)晶溫度對(duì)球晶形態(tài)有何影響 2 解釋正交偏光系統(tǒng)下聚合物球晶的黑十字消光現(xiàn)象 六 參考文獻(xiàn)六 參考文獻(xiàn) 1 何平笙 朱平平 楊海洋 談?wù)劸酆衔锏慕Y(jié)晶形態(tài)問(wèn)題 化學(xué)通報(bào) 2003 66 3 210 212 2 邵毓芳 嵇根定 高分子物理實(shí)驗(yàn) 南京 南京大學(xué)出版社 1998 3 何平笙 朱平平 楊海洋 在 高聚物的結(jié)構(gòu)與性能 課程中講透高聚物的特點(diǎn) 高