材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)終稿

1、實(shí)驗(yàn)一、室溫固相反應(yīng)合成硫化鎘半導(dǎo)體材料及差熱分析 5一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)室溫固相反應(yīng)法合成半導(dǎo)體材料的方法；2、了解用熱分析方法研究化合物的熱穩(wěn)定性；3、練習(xí)固液分離操作和加熱設(shè)備的使用。二、實(shí)驗(yàn)原理室溫固相反應(yīng)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新的研究領(lǐng)域。利用固相反應(yīng)可以合成液相中不易合成的金屬配合物、原子簇化合物、金屬配合物的順?lè)磶缀萎悩?gòu)體，以及不能在液相中穩(wěn)定存在的固相配合物等。同時(shí)，由于固、液相反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理不同，有時(shí)還可能產(chǎn)生不同的反應(yīng)產(chǎn)物，因而有可能制得一些特殊的材料。利用室溫固相反應(yīng)法合成精細(xì)陶瓷材料的研究剛剛興起。與常用的氣相法、液相法及固相粉碎法相比，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，如合成工

2、藝大大簡(jiǎn)化、原料的用量及副產(chǎn)物的排放量都顯著減少；同時(shí)由于減少了中間步驟并且是低溫反應(yīng)，還可以避免粒子團(tuán)聚，有利于產(chǎn)物純度提高。CdS是典型的-族化合物半導(dǎo)體材料，在顏料、光電池和敏感材料領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。其常用的合成方法是鎘鹽沉淀法和氣相反應(yīng)法。本實(shí)驗(yàn)用鎘鹽與硫化鈉在室溫一步反應(yīng)法制備CdS，現(xiàn)象明顯，反應(yīng)速度快。合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)經(jīng)X射線衍射分折符合JCPDS卡片100454，分別在26.5°、44°、52°處出現(xiàn)最強(qiáng)的衍射峰(見(jiàn)圖1)。CdS的熱穩(wěn)定性可用差熱分析(DTA)和熱重分析(TG)同時(shí)分析。圖2是CdS在空氣氣氛中的DTA-TG曲線，555.7的放熱

3、峰及伴隨的增重現(xiàn)象可認(rèn)為是CdS被氧化生成了CdSO4，382.3的微弱吸熱峰和伴隨的輕微的失重現(xiàn)象可以為是CdS表面吸附物的脫去或少量CdS被氧化成了CdO。由此表明CdS在500以下是穩(wěn)定的，超過(guò)500即明顯被氧化。圖1 合成樣品的XRD圖圖2 合成樣品的DTA-TG圖三、儀器與試劑儀器 小研缽，離心試管，小坩堝，多用滴管，烘箱，馬弗爐，離心機(jī)，差熱分析儀或X射線衍射儀(或紅外光譜儀)。藥品 CdSO4(s)或CdCl2(s)，Cd(NO3)2(s)，Na2S(s)，1.0mo1·L-1BaCl2溶液，pH試紙。四、固相反應(yīng)原理固相反應(yīng)可分為4 個(gè)階段：擴(kuò)散- 反應(yīng)- 成核- 生

4、長(zhǎng)，即在熱力學(xué)可行的條件下，固相反應(yīng)的發(fā)生起始于兩個(gè)反應(yīng)物分子的擴(kuò)散接觸，接著發(fā)生化學(xué)作用,生成產(chǎn)物分子；當(dāng)產(chǎn)物分子集積到一定大小，才能出現(xiàn)產(chǎn)物的晶核，從而完成成核過(guò)程;隨著晶核的長(zhǎng)大，達(dá)到一定的大小后便出現(xiàn)產(chǎn)物的獨(dú)立晶相6 。本文通過(guò)充分混合研磨，反應(yīng)物ZnSO4·7H2O 與Na3PO4·12H2O 中的結(jié)晶水釋放出來(lái)，在反應(yīng)物表面形成液膜，使部分反應(yīng)物溶解，溶解的反應(yīng)物在液膜中有較快的傳質(zhì)速度，增大了反應(yīng)物分子間的擴(kuò)散接觸，因而能加快固相反應(yīng)的進(jìn)行。另外，反應(yīng)物在充分混合研磨過(guò)程中，反應(yīng)微粒間互相碰撞，迅速成核，由于固相反應(yīng)中離子通過(guò)各物相的擴(kuò)散速度相對(duì)于溶液中要慢得

5、多，結(jié)果晶核不能迅速生長(zhǎng)，根據(jù)結(jié)晶學(xué)原理，若成核速度快而生長(zhǎng)速度慢，易生成粒徑小的產(chǎn)物。本文在室溫固相法合成磷酸鋅中引入表面活性劑,適量的表面活性劑能有效地降低小粒子的表面能,抑制粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象,有利于得到尺寸較小的粒子。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),加入適量的表面活性劑,可改善產(chǎn)物的分離,烘干后所得到的磷酸鋅粉末比較蓬松。五、實(shí)驗(yàn)步驟1按0.5gCdS的產(chǎn)量設(shè)計(jì)應(yīng)加入CdSO4·8H2O和Na2S·9H2O的量，用臺(tái)秤稱(chēng)量后置于小研缽中研磨10-20min，即生成橙紅色的CdS。2將產(chǎn)物用去離子水洗滌五遍以上，上層清液用多用滴管吸出，用pH試紙檢驗(yàn)清液的pH值6，且用BaCl2檢驗(yàn)無(wú)沉淀生成

6、為止。得到純凈的CdS沉淀。3洗凈的沉淀轉(zhuǎn)移至離心試管離心分離(或用砂芯漏斗減壓過(guò)濾)。吸凈上層清液后稱(chēng)重，計(jì)算產(chǎn)率。4在自己的離心試管上貼上標(biāo)簽，放入105的烘箱中烘干樣品(一般需0.5h以上)。此烘干樣品可用于進(jìn)行熱分析。如做XRD分析，為了使X射線衍射(XRD)圖效果更明顯，可將該樣品于馬弗爐中400煅燒1-2h，使晶形趨于完整。5在差熱分析儀上測(cè)繪DTATG曲線。確定合成產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性變化；（1）打開(kāi)儀器電源，預(yù)熱20分鐘。先在兩個(gè)小坩鍋內(nèi)分別準(zhǔn)確稱(chēng)取CdS和a-Al2O3各5mg。升起加熱爐，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到左側(cè)。用熱源靠近差熱電偶的任意一熱偶板，若差熱筆向右移動(dòng)，則該端為參比熱電偶

7、板，反之，為試樣板。用鑷子小心將樣品放在樣品托盤(pán)上，參比放在參比托盤(pán)上，降下加熱爐（注意在欲放下加熱爐的時(shí)候，務(wù)必先把爐體轉(zhuǎn)回原處，然后才能放下?tīng)t子，否則會(huì)弄斷樣品架）。（2）打開(kāi)差熱儀主機(jī)開(kāi)關(guān)，接通冷卻水，控制水的流量約在300 ml/min左右。（3）打開(kāi)平衡記錄儀開(kāi)關(guān)，分別將差熱筆和溫度筆量程置于20 mV和10 mV上，走紙速率置于30 mm/min量程。 調(diào)節(jié)差熱儀主機(jī)上差熱量程為250ºC。（4）將升溫速率旋在0刻度，用調(diào)零旋紐將溫度筆置于差熱圖紙的最右端，差熱筆置于中間，將升溫速率旋至10ºC /min，放下繪圖筆轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。（5）按下加熱開(kāi)關(guān)，同時(shí)注意升溫速率

8、指零旋紐左偏（不左偏時(shí)不能進(jìn)行升溫，需停機(jī)檢查）。按下電爐開(kāi)關(guān)，進(jìn)行加熱，儀器自動(dòng)記錄。（6）等到繪圖紙上出現(xiàn)一個(gè)完整的差熱峰時(shí)，關(guān)閉電爐開(kāi)關(guān)。按下程序零旋紐和電位差計(jì)的開(kāi)關(guān)，旋起加熱爐，用鑷子取下坩鍋。將加熱爐冷卻降溫至70ºC以下，將預(yù)先稱(chēng)好的a-Al2O3和KNO3試樣分別放在樣品保持架的兩個(gè)小托盤(pán)上，在與錫相同的條件下升溫加熱，直至出現(xiàn)兩個(gè)差熱峰為止。（7）按照上述步驟，每個(gè)樣品測(cè)定差熱曲線兩次。（8）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，抬起記錄筆，關(guān)閉記錄儀電源開(kāi)關(guān)、加熱開(kāi)關(guān)，按下程序功能“0”鍵，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，升起爐子，取出樣品，關(guān)閉水源和電源。六、數(shù)據(jù)處理或圖譜分析（選做）納米粒子的粒徑可由S

9、cherrer（謝樂(lè))公式求出根據(jù)PDF卡片，查出主要峰對(duì)應(yīng)的h，k，l值，并利用Scherrer方程求出硫化鎘半導(dǎo)體材料對(duì)應(yīng)一次粒子的粒徑，然后求平均值?；?qū)ζ浼t外光譜進(jìn)行表征。為衍射峰的半高寬，用弧度表示；為衍射峰對(duì)應(yīng)的角度值；為0.15406；0.89（或取0.9）為Scherrer常數(shù)；D的單位為nm。對(duì)差熱實(shí)驗(yàn)圖譜進(jìn)行解析。在本實(shí)驗(yàn)條件下，差熱測(cè)量溫度范圍為0280.5 °C（實(shí)驗(yàn)所用為鎳鎘熱電偶），根據(jù)差熱曲線，定性說(shuō)明CdS的差熱圖，指出峰的位置、數(shù)目、指示溫度及所表示的意義。七、思考題1常用的化合物半導(dǎo)體有哪些?它們各有什么用途?2在空氣中測(cè)得CdS的穩(wěn)定溫度在500

10、以下，氧化產(chǎn)物為CdSO4，若在N2中進(jìn)行DTATG分析，結(jié)果會(huì)如何?試推測(cè)一下。3. 影響本實(shí)驗(yàn)差熱分析的主要因素有哪些？4. 為什么差熱峰的指示溫度往往不恰巧等于物質(zhì)能發(fā)生相變的溫度？5下面三個(gè)圖是CdS差熱-熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，試進(jìn)行分析之。差熱分析儀(恒久差熱分析儀)的原理及使用方法儀器指標(biāo): 溫度范圍：HCT1為室溫-1150、HCT2為室溫1450溫度準(zhǔn)確度：±0.1升溫速率：0.315min80min   測(cè)量范圍：±10UV±1000uv DTA解析讀：0.005DSC方式數(shù)據(jù)采集分析 DSC測(cè)量范圍：1mw±100Mw DSC解析

11、度：10Uw 真空度（儀器本身有真空密封措施）選配真空機(jī)組后可達(dá)2.66-2Pa 兩路穩(wěn)壓、穩(wěn)流氣氛控制系統(tǒng)，可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中變換氣體種類(lèi) 具備差熱基線校正功能。坩堝容積：約為0.06ml差熱分析原理：在物質(zhì)勻速加熱或冷卻的過(guò)程中，當(dāng)達(dá)到特定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生物理或化學(xué)變化。在變化過(guò)程中，往往伴隨有吸熱或放熱現(xiàn)象，這樣就改變了物質(zhì)原有的升溫或降溫速率。差熱分析就是利用這一特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)定樣品與一對(duì)熱穩(wěn)定的參比物之間的溫度差與時(shí)間的關(guān)系，來(lái)獲得有關(guān)熱力學(xué)或熱動(dòng)力學(xué)的信息。目前常用的差熱分析儀一般是將試樣與具有較高熱穩(wěn)定性的差比物（如a-Al2O3）分別放入兩個(gè)小的坩堝，置于加熱爐中升溫。如在升溫過(guò)程中試

12、樣沒(méi)有熱效應(yīng)，則試樣與差比物之間的溫度差DT為零；而如果試樣在某溫度下有熱效應(yīng)，則試樣溫度上升的速率會(huì)發(fā)生變化，與參比物相比會(huì)產(chǎn)生溫度差DT。把T和DT轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，放大后用雙筆記錄儀記錄下來(lái)，分別對(duì)時(shí)間作圖，得DTt和Tt兩條曲線。圖III-8-1所示的是理想狀況下的差熱曲線。圖中ab、 de、 gh分別對(duì)應(yīng)于試樣與參比物沒(méi)有溫度差時(shí)的情況，稱(chēng)為基線，而bcd和efg分別為差熱峰。差熱曲線中峰的數(shù)目、位置、方向、高度、寬度和面積等均具有一定的意義。比如，峰的數(shù)目表示在測(cè)溫范圍內(nèi)試樣發(fā)生變化的次數(shù)；峰的位置對(duì)應(yīng)于試樣發(fā)生變化的溫度；峰的方向則指示變化是吸熱還是放熱；峰的面積表示熱效應(yīng)的大小等等

13、。因此，根據(jù)差熱曲線的情況就可以對(duì)試樣進(jìn)行具體分析，得出有關(guān)信息。在峰面積的測(cè)量中，峰前后基線在一條直線上時(shí)，可以按照三角形的方法求算面積。但是更多的時(shí)候，基線并不一定和時(shí)間軸平行，峰前后的基線也不一定在同一直線上（如圖III-8-2上所示）。此時(shí)可以按照作切線的方法確定峰的起點(diǎn)、終點(diǎn)和峰面積。另外，還可以采取剪下峰稱(chēng)重，以重量代替面積（即剪紙稱(chēng)量法）。2. 影響差熱分析的因素差熱分析是一種動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，影響差熱分析結(jié)果的因素較多。主要有：(1) 升溫速率升溫速率對(duì)差熱曲線有重大影響，常常影響峰的形狀、分辨率和峰所對(duì)應(yīng)的溫度值。比如當(dāng)升溫速率較低時(shí)基線漂移較小，分辨率較高，可分辨距離很近的峰，

14、但測(cè)定時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；而升溫速率高時(shí)，基線漂移嚴(yán)重，分辨率較低，但測(cè)試時(shí)間較短。圖III-8-2 測(cè)定面積的方法(2) 試樣樣品的顆粒一般大約在200目左右，用量則與熱效應(yīng)和峰間距有關(guān)。樣品粒度的大小，用量的多少都對(duì)分析有著很大的影響，甚至連裝樣的均勻性也會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。(3) 稀釋劑的影響稀釋劑是指在試樣中加入一種與試樣不發(fā)生任何反應(yīng)的惰性物質(zhì)，常常是參比物質(zhì)。稀釋劑的加入使樣品與參比物的熱容相近，能有助于改善基線的穩(wěn)定性，提高檢出靈敏度，但同時(shí)也會(huì)降低峰的面積。(4) 氣氛與壓力許多測(cè)定受加熱爐中氣氛及壓力的影響較大，如CaC2O4·H2O在氮?dú)夂涂諝鈿夥障路纸鈺r(shí)曲線是不同的。

15、在氮?dú)鈿夥障翪aC2O4·H2O第二步熱解時(shí)會(huì)分解出CO氣體，產(chǎn)生吸熱峰，而在空氣氣氛下熱解時(shí)放出的CO會(huì)被氧化，同時(shí)放出熱量呈現(xiàn)放熱峰。除了以上因素外，走紙速率、差熱量程等均對(duì)差熱曲線有一定的影響。因此在運(yùn)用差熱分析方法研究體系時(shí)，必須認(rèn)真查閱文獻(xiàn)，審閱體系，找出合適的實(shí)驗(yàn)條件方可進(jìn)行測(cè)試。本實(shí)驗(yàn)使用的PCR-1型差熱儀屬于中溫、微量型差熱儀。其主要有溫控系統(tǒng)、差熱系統(tǒng)、試樣測(cè)溫系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)四部分，其控制面板如圖III-8-3所示。圖III-8-3 PCR-1型差熱儀面板圖1.調(diào)零旋鈕； 2. 量程開(kāi)關(guān)； 3. 差熱指示表頭； 4. 偏差調(diào)零旋鈕； 5.升溫選擇開(kāi)關(guān)； 6.快速微

16、動(dòng)開(kāi)關(guān)； 7. 偏差指示表頭； 8. 加熱指示燈； 9. 輸出電壓表頭； 10. 電源指示燈； 11.加熱開(kāi)關(guān)； 12.電源開(kāi)關(guān)； 13.程序功能開(kāi)關(guān)；實(shí)驗(yàn)二、微波輻射合成防銹涂料磷酸鋅及紅外光譜表征 4一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解磷酸鋅的微波合成原理和方法；2、掌握微型吸濾的基本操作；3、掌握紅外光譜的原理及Nicolet4700型紅外光譜儀的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理磷酸鋅(Zn3(PO4)2·2H2O)是一種新型防銹顏料，利用它可配制各種防銹涂料，后者可代替氧化鉛作為底漆。它的合成通常是用硫酸鋅、磷酸和尿素在水浴加熱下反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中尿素分解放出氨氣并生成銨鹽，過(guò)去反應(yīng)需4h才完成。本實(shí)驗(yàn)

17、采用微波加熱條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間縮短為10min。反應(yīng)式為：所得的四水合晶體在110烘箱中脫水即得二水合晶體Zn3(PO4)2·2H2O。三、儀器與試劑 儀器 微波爐，臺(tái)秤，微型吸濾裝置，燒杯，表面皿。 藥品 ZnSO4·7H2O，尿素，磷酸，無(wú)水乙醇。四、實(shí)驗(yàn)步驟稱(chēng)取2.0g硫酸鋅于50mL燒杯中，加1.0g尿素和1.0mLH3PO4，再加20mL水?dāng)嚢枞芙猓褵糜?00mL燒杯水浴中，蓋上表面皿，放進(jìn)微波爐里，以大火檔(約600W)輻射10min，燒杯內(nèi)隆起白色沫狀物，停止輻射加熱后，取出燒杯，用蒸餾水浸取、洗滌數(shù)次，吸濾。晶體用水洗滌至濾液無(wú)SO42-（如何檢

18、驗(yàn)？）。產(chǎn)品在110烘箱中脫水得到Zn3(PO4)2·2H2O，稱(chēng)量計(jì)算產(chǎn)率。紅外光譜分析（南樓109紅外光譜室）。并解析實(shí)驗(yàn)圖譜。五、注意(1)合成反應(yīng)完成時(shí)，溶液的pH=5-6左右；加尿素的目的是調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的酸堿性。(2)晶體最好洗滌至近中性再吸濾。(3)微波輻射對(duì)人體會(huì)造成損害。市售微波爐在防止微波泄漏上有嚴(yán)格的措施，使用時(shí)要遵照有關(guān)操作程序與要求進(jìn)行，以免造成損害。操作要領(lǐng)參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)附錄。六、思考題1還有哪些制備磷酸鋅的方法?2如何對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定性檢驗(yàn)?請(qǐng)擬出實(shí)驗(yàn)方案。3為什么微波輻射加熱能顯著縮短反應(yīng)時(shí)間，使用微波爐要注意哪些事項(xiàng)?4. 某位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)圖譜如下，試解釋譜峰的歸

19、屬。附錄：微波輻射及微波爐的使用1微波輻射簡(jiǎn)介微波屬于電磁波的一種，頻率范圍0.330GHz，介于高頻波與遠(yuǎn)紅外波之間，微波同其他電磁波一樣，具有電場(chǎng)與磁場(chǎng)雙重性質(zhì)。自從1986年Gedye發(fā)現(xiàn)微波可以顯著加快有機(jī)化合物合成以來(lái)，微波技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用日益受到重視。1988年Baghurst首次采用微波技術(shù)合成了KVO3、BaWO4、YBa2Cu2O7-x等無(wú)機(jī)化合物。微波輻射是通過(guò)偶極分子旋轉(zhuǎn)(主要原因)和離子傳導(dǎo)耗散微波能而實(shí)現(xiàn)加熱目的。在微波輻射作用下，極性分子為響應(yīng)磁場(chǎng)方向變化，通過(guò)分子偶極以每秒數(shù)十億次的高速旋轉(zhuǎn)，使分子間不斷碰撞和磨擦而產(chǎn)生熱，這種加熱方式較傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流加熱

20、更迅速，而且是空間輻射加熱，體系受熱均勻。微波輻射有三個(gè)特點(diǎn)：一是在大量離子存在時(shí)能快速加熱；二是快速達(dá)到反應(yīng)溫度；三是分子水平意義上的攪拌。從而實(shí)現(xiàn)了微波輻射加熱的方便、高效、低能耗及省時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。2微波爐的使用(1)微波爐的構(gòu)造(略)(2)使用方法插上電源；將待加熱樣品置于微波爐中央位置，關(guān)緊爐門(mén)；將“功率”選擇開(kāi)關(guān)旋至所需加熱功率的位置；將“時(shí)間”選擇開(kāi)關(guān)旋至所需加熱的時(shí)間位置，微波爐即開(kāi)始工作；加熱結(jié)束后，才能打開(kāi)爐門(mén)，取出物體，拔掉電源插頭。(3)注意事項(xiàng)微波對(duì)人體有危害，必須正確使用微波儀器，以防微波泄漏；微波爐內(nèi)不能使用金屬，以免產(chǎn)生火花；爐門(mén)一定要關(guān)緊后方能開(kāi)始加熱，以免微波能量

21、外泄；發(fā)現(xiàn)爐門(mén)變形或其他故障，切勿繼續(xù)使用，需由專(zhuān)業(yè)維修人員進(jìn)行檢查修理紅外光譜儀的使用：開(kāi)，關(guān)機(jī)    檢查各設(shè)備電源線安全插入電源插座。打開(kāi)空氣開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟精密電源。在精密電源工作正常的狀態(tài)下，啟動(dòng)光譜儀。開(kāi)機(jī):    接通（電源開(kāi)關(guān)在光學(xué)臺(tái)后面左下側(cè)）面板右上方激光燈(LASER)點(diǎn)亮呈橘黃色，狀態(tài)燈（STATUS）點(diǎn)亮呈黃色閃亮。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)（先開(kāi)顯示器，接著開(kāi)主機(jī)，最后開(kāi)打印機(jī)）鼠標(biāo)指定Omico軟件圖形符號(hào)，擊左鍵啟動(dòng)，進(jìn)入Omico信息窗口，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊OK按鈕。關(guān)機(jī)：    點(diǎn)擊關(guān)閉計(jì)算機(jī)圖形

22、，待出現(xiàn)對(duì)話框提示能安全關(guān)閉計(jì)算機(jī)時(shí)，按主機(jī)電源鍵關(guān)閉主機(jī)，接著關(guān)閉顯示器，打印機(jī)，最后關(guān)閉光學(xué)臺(tái)。     紅外樣品的制備液體樣品：    以試樣易溶有機(jī)溶劑，制成110%濃度的溶液，注入適宜厚度的液體池中測(cè)定。常用溶劑有二氯乙烷、四氯化碳、三氯甲烷、二硫化碳、己烷及環(huán)己烷等。 注：不可用水做試樣溶劑。使用完后，用相應(yīng)溶劑立即將液體池清洗干凈。固體樣品：    取樣品11.5mg與KBr200300mg（樣品與KBr的比約為1：100-200左右）于瑪瑙研缽中研磨成混合均勻的粉末，用小藥匙轉(zhuǎn)入

23、制片模具中于油壓機(jī)10噸壓力下保持2分鐘，撤去壓力后取處制成的供試片，目視檢測(cè)，片子應(yīng)呈透明狀，然后取出樣品片裝入樣品架。測(cè)試光譜：    選定主菜單Measure項(xiàng)中Measurement進(jìn)入測(cè)試窗口。選定Align，Mode.檢查光通量值是否正常。   選定Start Background Measurement掃描空白吸收。選定光通量窗口EXIT鍵退出。   編輯樣品信息，儲(chǔ)存路徑。   將樣品架或液體池放入樣品室中樣品固定座。   選定Start Sample Measurem

24、ent按鍵進(jìn)行樣品測(cè)試。   選定測(cè)試所得文件號(hào)位于圖譜框與主菜單之間，通常樣品編號(hào)為100雙擊鼠標(biāo)左鍵。   調(diào)整X，Y坐標(biāo)。   主菜單Display項(xiàng)下hanger x/y values.   y或(x-y成手動(dòng)輸入x，y坐標(biāo)值。)標(biāo)峰值：   主菜單  Evaluatepeak pick   輸入文件號(hào)   Peak picks   左雙敲標(biāo)峰數(shù)據(jù)塊（位于文件號(hào)后面）操作注意事項(xiàng)  1、 保持實(shí)驗(yàn)室

25、安靜和整潔，干燥；不得在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行樣品化學(xué)處理，實(shí)驗(yàn)完畢即取出樣品室內(nèi)的樣品。  2、光學(xué)臺(tái)不要受振動(dòng)，取樣，放樣時(shí)，樣品蓋應(yīng)輕開(kāi)輕閉。  3 眼睛不要注視氦-氖激光，以免受傷害  4、經(jīng)常檢查干燥劑顏色，如果蘭色變淺，立即更換。干燥劑再生：將干燥劑在烘箱內(nèi)105烘干至蘭色（約3小時(shí)）即可。不要做與紅外無(wú)關(guān)的操作 5、不得自帶軟盤(pán)進(jìn)行拷貝；實(shí)驗(yàn)完畢后在記錄本上記錄使用情況。 6、根據(jù)樣品特性以及狀態(tài)，制定相應(yīng)的制樣方法并制樣，不得隨意改變參數(shù)  7、使用的紅外樣品制備組件立即以甲醇或乙醇洗干凈，注：窗片不得用水清

26、洗，各組件用后歸還原位，保持室內(nèi)干燥，空調(diào)和除濕機(jī)必須全天開(kāi)機(jī)（保持環(huán)境條件2±左右，濕度）；8、測(cè)試紅外光譜圖時(shí)，掃描空光路背景信號(hào)和樣品文件信號(hào)，經(jīng)傅立葉變換得到樣品紅外光譜圖。根據(jù)需要，打印或者保存紅外光譜圖。設(shè)備停止使用時(shí)，樣品室內(nèi)應(yīng)放置盛滿干燥劑的培養(yǎng)皿。9、將壓片模具、KBr晶體、液體池及其窗片放在干燥器內(nèi)備用。10、液體池使用NaCl、CaF2、BaF2等晶體很脆易碎，應(yīng)小心保存。11、液體池使用的KRS-5晶體劇毒，使用時(shí)避免直接接觸（戴手套），打磨KRS-5晶體時(shí)避免接觸或吸入KRS-5粉末，打磨的廢棄物必須妥善處理。實(shí)驗(yàn)三、掃描電鏡與能量色散譜實(shí)驗(yàn)5 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

27、、了解掃描電鏡的基本結(jié)構(gòu)和原理；、掌握掃描電鏡試樣的制備方法；、了解二次電子像觀察記錄操作的全過(guò)程及其在形貌組織結(jié)構(gòu)觀察中的應(yīng)用；4、了解能量色散譜實(shí)驗(yàn)的原理與應(yīng)用；5、進(jìn)行材料的組分的測(cè)定；二、實(shí)驗(yàn)原理1、掃描電鏡工作原理、構(gòu)造和性能基本原理圖1是掃描電鏡的原理示意圖。由最上邊電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束，經(jīng)柵極聚焦后，在加速電壓作用下，經(jīng)過(guò)二至三個(gè)電磁透鏡所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會(huì)聚成一個(gè)細(xì)的電子束聚焦在樣品表面。在末級(jí)透鏡上邊裝有掃描線圈，在它的作用下使電子束在樣品表面掃描。由于高能電子束與樣品物質(zhì)的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生了各種信息：二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和

28、透射電子等。這些信號(hào)被相應(yīng)的接收器接收，經(jīng)放大后送到顯像管的柵極上，調(diào)制顯像管的亮度。由于經(jīng)過(guò)掃描線圈上的電流是與顯像管相應(yīng)的亮度一一對(duì)應(yīng)，圖 掃描電鏡原理示意圖也就是說(shuō)，電子束打到樣品上一點(diǎn)時(shí)，在顯像管熒光屏上就出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。掃描電鏡就是這樣采用逐點(diǎn)成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序，成比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，完成一幀圖像，從而使我們?cè)跓晒馄辽嫌^察到樣品表面的各種特征圖像。2、掃描電鏡的結(jié)構(gòu)掃描電鏡包括以下幾部分：（1）電子光學(xué)系統(tǒng)該系統(tǒng)由電子槍、電磁透鏡、光闌、樣品室等部件組成(如圖)。它的作用與透射電鏡不同，僅僅用來(lái)獲得掃描電子束。顯然，掃描電子束應(yīng)具有較高的亮度和盡可能小的束斑直徑

29、。目前使用中的掃描電鏡大多為普通熱陰極電子槍?zhuān)捎谑艿芥u絲陰極發(fā)射率較低的限制，需要較大的發(fā)射截面，才能獲得足夠的電子束強(qiáng)度。采用鎢絲陰極發(fā)射的電子光源掃描電子束直徑一般可達(dá)20-50m，六硼化鑭陰極發(fā)射率比較高，有效發(fā)射截面可以做到直徑為20m左右，比鎢絲陰極要小得多，因此無(wú)論是亮度還是電子源直徑都比鎢絲陰極多。以上兩種電子槍都屬于熱發(fā)射電子槍?zhuān)鴪?chǎng)發(fā)射電子槍分為冷場(chǎng)和熱場(chǎng)發(fā)射兩種，一般在掃描電鏡中采用冷場(chǎng)發(fā)射。如圖3所示，它是利用靠近曲率半徑很小的陰極尖端附近的強(qiáng)電場(chǎng)使陰極尖端發(fā)射電子的，所以叫做場(chǎng)致發(fā)射(簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)發(fā)射)。如果陰極尖端半徑為100500nm，若在尖端與第一陽(yáng)極之間加3-5kV

30、的電位差，那么在陰極尖端附近建立的強(qiáng)電場(chǎng)就足以使它發(fā)射電圖掃描電鏡光學(xué)系統(tǒng)示意圖子。在第二陽(yáng)極幾十千伏甚至幾百千伏正電位作用下，陰極尖端發(fā)射的電子會(huì)聚在第二陽(yáng)極孔的下方(即場(chǎng)發(fā)射電子槍第一交叉點(diǎn)位置上)，電子束直徑小至20nm(甚至lnm)。可見(jiàn)場(chǎng)發(fā)射電子槍是掃描電鏡獲得高分辨率，高質(zhì)量圖像較為理想的電子源。此外，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡在低電壓下仍保持高的分辨率和電子槍壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。在光學(xué)系統(tǒng)中，掃描電鏡的最后一個(gè)透鏡的結(jié)圖場(chǎng)發(fā)射電子槍原理示意圖構(gòu)有別于透射電鏡，它是采用上下極靴不同孔徑不對(duì)稱(chēng)的磁透鏡，這樣可以大大減小下極靴的圓孔直徑，從而減少樣品表面的磁場(chǎng)，避免磁場(chǎng)對(duì)二次電子軌跡的干擾，不影響對(duì)二次

31、電子的收集。另外，未級(jí)透鏡中要有一定的空間，用來(lái)容納掃描線圈和消像散器。掃描線圈是掃描電鏡的一個(gè)十分重要的部件，它使電子作光柵掃描，與顯示系統(tǒng)的C掃描線圈由同一鋸齒波發(fā)生器控制，以保證鏡筒中的電子束與顯示系統(tǒng)CRT中的電子束偏轉(zhuǎn)嚴(yán)格同步。掃描電鏡的樣品室要比透射電鏡復(fù)雜，它能容納大的試樣，并在三維空間進(jìn)行移動(dòng)、傾斜和旋轉(zhuǎn)。目前的掃描電鏡樣品室在空間設(shè)計(jì)上都考慮了多種信號(hào)收集器安裝的幾何尺寸，以使用戶根據(jù)自己的意愿選擇不同的信息方式。 （2）信號(hào)收集和顯示系統(tǒng) ()二次電子和背反射電子收集器圖4是這種收集器的示意圖，它是由閃爍體，光電倍增管和前置放大器組成，這是掃描電鏡中最主要的信號(hào)檢測(cè)器。從試

32、樣出來(lái)的電子，撞擊并進(jìn)入閃爍體，當(dāng)金屬圓筒加+250V電壓時(shí)，能接受低能二次電子；當(dāng)加250V電壓時(shí)，能接受背反射電子。在閃爍體表面噴涂一層40-80nm的鋁膜作為導(dǎo)電層，在這導(dǎo)電層上加有10-12kY的高壓。試樣產(chǎn)生的二次電子(或背反射電子)被這高壓加速，并 圖二次電子和背反射電子收集器示意圖被收集到閃爍體上。當(dāng)電子打到閃爍體上，產(chǎn)生出光子，而光子通過(guò)光導(dǎo)管傳送到光電倍增管的陰極上。通過(guò)光電倍增管，信號(hào)被放大為微安數(shù)量級(jí)，再送至前置放大器放大成足夠功率的輸出信號(hào)，送至視頻放大器，而后可直接調(diào)制CRT的柵極電位，這樣即可得到一幅供觀察和照相的圖像。()顯示系統(tǒng)顯示裝置一般有兩個(gè)顯示通道：一個(gè)用

33、來(lái)觀察，另一個(gè)供記錄用(照相)。觀察用的顯像管采用長(zhǎng)余輝顯像管，掃描一幀有02，05，1s。最快可以達(dá)到電視速度。對(duì)于記錄用的管子要求有較高的分辨率，通常10×的熒光屏要求有800-1000條線并且只能用短余輝的管子。在觀察時(shí)為了便于調(diào)焦，采用盡可能快的掃描速度，而拍照時(shí)為了得 到分辨率高的圖像，要盡可能采用慢的掃描速度(多用50-100s)。()吸收電子檢測(cè)器試樣不直接接地，而與一個(gè)試樣電流放大器相接，可檢出被測(cè)試樣吸收的電子。它是 一個(gè)高靈敏度的微電流放大器，能檢測(cè)到10-610-12A這樣小的電流。吸收電流信號(hào)一般在10-10-9A，在較好的信噪此下，可得到所需要吸收電流圖像。

34、吸收電子圖像是掃描電鏡分析中一個(gè)很重要的手段。(C)X射線檢測(cè)器它是檢測(cè)試樣發(fā)出的元素特征x射線波長(zhǎng)和光子能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣微區(qū)進(jìn)行成 分分析。此外，掃描電鏡也像透射電一樣，需配備真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。3 掃描電鏡的主要性能(1)放大倍數(shù)掃描電鏡的放大倍數(shù)M定義為：在顯像管中電子束在熒光屏上最大掃描距離和在鏡 筒中電子束針在試樣上最大掃描距離的比值 M=l/L式中，l熒光屏長(zhǎng)度； L電子束在試樣上掃過(guò)的長(zhǎng)度。這個(gè)比值是通過(guò)調(diào)節(jié)掃描線圈上的電流來(lái)改變的。觀察圖像的熒光屏長(zhǎng)度是固定的，如果減少掃描線圈的電流，電子束偏轉(zhuǎn)的角度小，在試樣上移動(dòng)的距離變小，使放大倍數(shù)增 大。反之，增大掃描線圈上的電流，

35、放大倍數(shù)就要變小?？梢?jiàn)改變掃描電鏡放大倍數(shù)是十 分方便的。目前大多數(shù)商品掃描電鏡，放大倍數(shù)可從低倍連續(xù)調(diào)節(jié)到20萬(wàn)倍左右。 (2)景深掃描電鏡的景深比較大，成像富有立體感，所以它特別適用于粗糙樣品表面的觀察和 分析。(3)分辨率分辨本領(lǐng)是掃描電鏡的主要性能指標(biāo)之一。在理想情況下，二次電子像分辨率等于電子束斑直徑。正是由于這個(gè)緣故，我們總是以二次電子像的分辨率作為衡量掃描電鏡性能的主要指標(biāo)。目前高性能掃描電鏡普通鎢絲電子槍的二次成像分辨率已達(dá)35nm左右。此外，大的樣品室，各種不同性能的樣品臺(tái)等，使得掃描電鏡具有應(yīng)用更廣泛和更方便快捷的特點(diǎn)。4 樣品制備掃描電鏡樣品制備方法除了含水量較多的生物軟

36、組織樣品外，其它的固體材料樣品的制備方法都是非常簡(jiǎn)便的。對(duì)導(dǎo)電性材料來(lái)說(shuō)，除了幾何尺寸和重量外幾乎沒(méi)有任何要求，尺寸和重量對(duì)不同型號(hào)的掃描電鏡的樣品室也有不同的要求。對(duì)于導(dǎo)電性較差或絕緣的樣品若采用常規(guī)掃描電鏡來(lái)觀察，則必須通過(guò)噴鍍金、銀等重金屬或碳真空蒸鍍等手段進(jìn)行導(dǎo)電性處理，否則將無(wú)法觀察。顯然，所有的樣品均必須無(wú)油污，無(wú)腐蝕等，以免對(duì)鏡筒和探測(cè)器的污染。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：完成一個(gè)二次電子像的觀察全過(guò)程，包括試樣的制備、儀器的操作、圖像觀測(cè)和記錄。、實(shí)驗(yàn)樣品制備、掃描電鏡的操作3、能譜測(cè)定實(shí)驗(yàn)四 熱臺(tái)偏光顯微鏡觀察聚合物結(jié)晶形態(tài)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)及使用方法。 2

37、觀察聚合物的結(jié)晶形態(tài)，估算聚丙烯球晶大小。二、實(shí)驗(yàn)原理用偏光顯微鏡研究聚合物的結(jié)晶形態(tài)是目前在實(shí)驗(yàn)室中較為簡(jiǎn)便而實(shí)用的方法。眾所周知，隨著結(jié)晶條件的不同，聚合物的結(jié)晶可以具有不同的形態(tài)，如單晶、樹(shù)枝晶、球晶、纖維晶及伸直鏈晶體等，其中球晶是聚合物結(jié)晶中最常見(jiàn)的晶體形式。從濃溶液析出或熔體冷卻結(jié)晶時(shí)，聚合物傾向于生成這種比單晶更為復(fù)雜的多晶聚集體，通常呈球形，故稱(chēng)為“球晶”。球晶可以長(zhǎng)得很大，直徑甚至可達(dá)厘米數(shù)量級(jí)。對(duì)于幾微米以上的球晶，用普通的偏光顯微鏡就可以進(jìn)行觀察；對(duì)小于幾微米的球晶，則用電子顯微鏡或小角光散射法進(jìn)行研究。結(jié)晶聚合物材料的實(shí)際實(shí)用性能(如光學(xué)透明性、沖擊強(qiáng)度等)與材料內(nèi)部的

38、結(jié)晶形態(tài)、晶粒大小及完善程度有著密切的聯(lián)系，因此，對(duì)于聚合物結(jié)晶形態(tài)等的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。球晶的基本結(jié)構(gòu)單元是具有折疊鏈結(jié)構(gòu)的片晶(晶片厚度在10nm左右)。許多這樣的晶片從一個(gè)中心（晶核）向四面八方生長(zhǎng)，發(fā)展成為一個(gè)球狀聚集體。電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了在球晶中分子鏈（c軸）往往垂直于球晶的半徑方向，而b軸總是沿著球晶半徑的方向（圖71）。圖71 聚乙烯球晶生長(zhǎng)示意圖（a）晶片的排列與分子量的取向(其中a，b，c軸表示單位晶胞在各方向上的取向)；（b）球晶生長(zhǎng)；（c）長(zhǎng)成的球晶分子鏈的取向排列使球晶在光學(xué)性質(zhì)上是各向異性的，即在不同的方向上有不同的折射率。在正交偏光顯微鏡下觀察時(shí)，在分子

39、鏈平行于起偏器或檢偏器的方向上，將產(chǎn)生消光現(xiàn)象。因此可以看到球晶特有的黑十字消光圖案(稱(chēng)為Maltese十字)，如圖72所示。（a）全同立構(gòu)聚苯乙烯 （b）聚戊二酸丙二醇酯圖72 聚合物球晶的偏光顯微鏡照片在某些情況下，晶片會(huì)周期性地扭轉(zhuǎn)，從一個(gè)中心向四周生長(zhǎng)(如聚乙烯的球晶)，這樣，在偏光顯微鏡中就會(huì)看到由此而產(chǎn)生的一系列消光同心圓環(huán)。三、儀器與試劑(1)原材料試樣 聚丙烯、聚乙烯樹(shù)脂顆粒料(2)儀器和試劑 偏光顯微鏡及附件、載玻片、蓋玻片、電爐、熱臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)制備樣品將少許聚丙烯樹(shù)脂顆粒料放在已于260電爐上恒溫的載玻片上，待樹(shù)脂熔融后，加上蓋玻片，加壓成膜，然后迅速放人14015

40、0熱臺(tái)上，結(jié)晶1h后取下。將少量聚乙烯粉料同上用熔融加壓法制得薄膜，然后切斷電爐電源，使樣品緩慢冷卻到室溫。(2)熟悉偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)及使用方法(參閱本實(shí)驗(yàn)的附及儀器說(shuō)明書(shū))。(3)將制備好的樣品放在載物臺(tái)上，在正交偏振條件下觀察球晶形態(tài)。(4)記錄所觀察到的現(xiàn)象，并進(jìn)行討論。五、思考題用偏光顯微鏡能否觀測(cè)聚合物其他形態(tài)的結(jié)晶？聚合物球晶還可以用那些方法表征？附錄：偏光顯微鏡工作原理1偏振光與自然光光波是電磁波，因而是橫波。它的傳播方向與振動(dòng)方向垂直。如果我們定義由光的傳播方向和振動(dòng)方向所組成的平面叫振動(dòng)面，那么對(duì)于自然光，它的振動(dòng)方向雖然永遠(yuǎn)垂直于光的傳播方向，但振動(dòng)面卻時(shí)時(shí)刻刻在改變。在任

41、一瞬間，振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)可以取所有可能的方向，沒(méi)有一個(gè)方向占優(yōu)勢(shì)圖73(a)，箭頭代表振動(dòng)方向，傳播方向垂直于紙面。太陽(yáng)光及一般的光源發(fā)出的光都是自然光。自然光在通過(guò)尼科耳棱鏡或人造偏振片以后，光線的振動(dòng)被限制在某一個(gè)方向，這樣的光叫做線偏振光(或平面偏振光)，可用圖73(b)表示。（a）自然光 （b）線偏振光圖73 自然光和線偏振光的振動(dòng)狀況2起偏器與檢偏器能將自然光變成線偏振光的儀器，叫做起偏振器，簡(jiǎn)稱(chēng)起偏器（polarizer）。通常用得較多的是尼科爾棱鏡和人造偏振片。尼科爾棱鏡是用方解石晶體按一定的工藝制成的，當(dāng)自然光以一定角度入射時(shí)，由于晶體的雙折射效應(yīng)，入射光被

42、分成振動(dòng)方向互相垂直的兩條線偏振光e光和o光，其中o光被全反射掉了，而e光出射。人造偏振片是利用某些有機(jī)化合物(如碘化硫酸奎寧)晶體的二向色性制成的。把這種晶體的粉末沉淀在硝酸纖維薄膜上，用電磁方法使晶體c軸指向一致，排成極細(xì)的晶線，只有振動(dòng)方向平行于晶線的光才能通過(guò)，而成為線偏振光。起偏器既能夠用來(lái)使自然光變成線偏振光，反過(guò)來(lái)，它又能被用來(lái)檢查線偏振光，這時(shí)，它被稱(chēng)為檢偏器或分析器(analyser)。例如，兩個(gè)串聯(lián)放著的尼科爾棱鏡，靠近光源的一個(gè)是起偏器，另一個(gè)便是檢偏器。當(dāng)它們的振動(dòng)方向平行時(shí)，透過(guò)的光強(qiáng)最大；而當(dāng)它們的振動(dòng)方向垂直時(shí)，沒(méi)有光透過(guò)。這種情況，我們稱(chēng)為“正交偏振”。3偏光顯

43、微鏡偏光顯微鏡是利用光的偏振特性對(duì)晶體、礦物、纖維等有雙折射的物質(zhì)進(jìn)行觀察研究的儀器。它的成像原理與生物顯微鏡相似，不同之處是在光路中加入兩組偏振器起偏器和檢偏器，以及用于觀察物鏡后焦面產(chǎn)生干涉像的勃氏透鏡組。儀器結(jié)構(gòu)如圖341所示。由光源發(fā)出的自然光經(jīng)起偏器變?yōu)榫€偏振光后，照射到置于工作臺(tái)上的聚合物晶體樣品上，由于晶體的雙折射現(xiàn)象，這束光被分解為振動(dòng)方向互相垂直的兩束線偏振光。這兩束光不能完全通過(guò)檢偏器，只有其中平行于檢偏器振動(dòng)方向的分量才能通過(guò)。通過(guò)檢偏器的這兩束光的分量具有相同的振動(dòng)方向與頻率而產(chǎn)生干涉效應(yīng)。由干涉的級(jí)序可以測(cè)定晶體薄片的厚度和雙折射率等參數(shù)。將帶有分度尺的目鏡插入鏡筒內(nèi)

44、，把載物臺(tái)顯微尺放在載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)到兩尺基線重合。載物臺(tái)顯微尺長(zhǎng)1.00mm，等分為100格，每格為0.01mm。在顯微鏡內(nèi)觀察，若目鏡分度尺50格正好與顯微尺10格相等，則目鏡分度尺每格相當(dāng)于：0.01×10502×10-3 mm。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)只要讀出被測(cè)物體所對(duì)應(yīng)的格數(shù)，就能知道實(shí)物的大小。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。圖341 偏光顯微鏡的結(jié)構(gòu)l一儀器底座，2一視場(chǎng)光闌(內(nèi)照明燈泡)，3一粗動(dòng)調(diào)焦手輪；4一微動(dòng)調(diào)焦手輪，5一起偏器，6一聚光鏡；7一旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(蓑物臺(tái))，8一物鏡；9一檢偏器；10一目鏡；1l一勃氏鏡調(diào)節(jié)手輪實(shí)驗(yàn)

45、五 高分子材料拉伸一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉高分子材料拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件、測(cè)試原理及其操作。2了解測(cè)試條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理 將試樣夾持在專(zhuān)用夾具上，對(duì)試樣施加靜態(tài)拉伸負(fù)荷，通過(guò)壓力傳感器、形變測(cè)量裝置以及計(jì)算機(jī)處理，測(cè)繪出試樣在拉伸變形過(guò)程中的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線，計(jì)算出曲線上的特征點(diǎn)如試樣直至斷裂為止所承受的最大拉伸應(yīng)力(拉伸強(qiáng)度)、試樣斷裂時(shí)的拉伸應(yīng)力(拉伸斷裂應(yīng)力)、在拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線上屈服點(diǎn)處的應(yīng)力(拉伸屈服應(yīng)力)、應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離直線性達(dá)規(guī)定應(yīng)變百分?jǐn)?shù)(偏置)時(shí)的應(yīng)力(偏置屈服應(yīng)力)和試樣斷裂時(shí)標(biāo)線間距離的增加量與初始標(biāo)距之比(斷裂伸長(zhǎng)率，以百分率表示)。(1)拉伸強(qiáng)度或拉伸斷裂

46、應(yīng)力或拉伸屈服應(yīng)力或偏置屈服應(yīng)力tt按下式計(jì)算：式中 t 抗拉伸強(qiáng)度或拉伸斷裂應(yīng)力或拉伸屈服應(yīng)力或偏置屈服應(yīng)力，MPa；P 最大負(fù)荷或斷裂負(fù)荷或屈服負(fù)荷或偏置屈服負(fù)荷，N；b 試樣寬度，mm；d 試樣厚度，mm。各應(yīng)力值在拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線上的位置見(jiàn)圖66。圖66 拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線t1一拉伸強(qiáng)度；t1一拉伸時(shí)的應(yīng)變；t2一拉伸斷裂應(yīng)力；t2一斷裂時(shí)的應(yīng)變；t3一拉伸屈服應(yīng)力；t3一屈服時(shí)的應(yīng)變，t4一偏置屈服應(yīng)力；t4一偏置屈服時(shí)的應(yīng)變X；A脆性材料；B具有屈服點(diǎn)的韌性材料，C無(wú)屈服點(diǎn)的韌性材料（2）斷裂伸長(zhǎng)率tt按下式計(jì)算：式中 t斷裂伸長(zhǎng)率，；G0試樣原始標(biāo)距，mm；G 試樣斷裂時(shí)標(biāo)線向距離

47、，mm。（3）標(biāo)準(zhǔn)偏差值S S按下式計(jì)算：式中 S標(biāo)準(zhǔn)偏差值；Xi單個(gè)測(cè)定值；X一組測(cè)定值的算數(shù)平均值；n測(cè)定個(gè)數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器與試樣1實(shí)驗(yàn)試樣 擠出實(shí)驗(yàn)中制備的PE、PP棒材2實(shí)驗(yàn)設(shè)備天辰萬(wàn)用試驗(yàn)機(jī)四、實(shí)驗(yàn)步驟1熟悉試驗(yàn)機(jī)的操作方法；2夾持試樣，夾具夾持試樣時(shí)，要使試樣縱軸與上、下夾具中心連線相重合，并且要松緊適宜，以防止試樣滑脫或斷在夾具內(nèi)；3選定實(shí)驗(yàn)速度，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；4記錄屈服時(shí)的負(fù)荷，或斷裂負(fù)荷及標(biāo)距間伸長(zhǎng)。若試樣斷裂在中間平行部分之外時(shí)，此試樣作廢，另取試樣補(bǔ)做。五、思考題1. 分析試樣斷裂在外的原因。2. 拉伸速度對(duì)測(cè)試結(jié)果有何影響？附錄 拉伸實(shí)驗(yàn)的試樣（1）試樣的類(lèi)型和尺寸 I型試

48、樣 I型試樣形狀及尺寸分別見(jiàn)圖61和表61。圖61 I型試樣表61 I型試樣的尺寸（mm）符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差L總長(zhǎng)（最?。?50W端部寬度20±0.2H夾具間距離115±5.0d厚度C中間平行部分長(zhǎng)度60±0.5b中間平行部分寬度10±0.2G0標(biāo)距（或有效部分）50±0.5R半徑（最?。?0 II型試樣 II型試樣形狀及尺寸分別見(jiàn)圖62和表62。圖62 II型試樣表62 II型試樣的尺寸（mm）符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差L總長(zhǎng)（最?。?15d厚度H夾具間距離80±5.0b中間平行部分寬度6±0.4C中間

49、平行部分長(zhǎng)度33±0.5R0小半徑14±1.0G0標(biāo)距（或有效部分）25±0.5R1大半徑25±2.0W端部寬度25±1.0 III型試樣 III型試樣形狀及尺寸分別見(jiàn)圖63和表63。圖63 III型試樣表63 III型試樣的尺寸（mm）符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差L總長(zhǎng)（最小）110±5b中間平行部分寬度25±5C中間平行部分長(zhǎng)度9.5R0端部半徑6.5W端部寬度45R1表面半徑75d0中間平行部分厚度3.2R2側(cè)面半徑75d1端部厚度6.5 IV型試樣 IV型試樣形狀及尺寸分別見(jiàn)圖64和表64。圖64 IV型試樣表6

50、4 IV型試樣的尺寸（mm）符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差符號(hào)名稱(chēng)尺寸公差L總長(zhǎng)（最?。?50L1加強(qiáng)片間長(zhǎng)度150±5.0H夾具間距離170±5.0D0厚度210W寬度25或50±0.5D1加強(qiáng)片厚度310G0標(biāo)距（或有效部分）100±0.5加強(qiáng)片角度5°30°L2加強(qiáng)片最小長(zhǎng)度50D2加強(qiáng)片-（2）試樣類(lèi)型的選擇 不同的材料由于尺寸效應(yīng)不同，故應(yīng)盡量減少缺陷和結(jié)構(gòu)不均勻性對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，按表65選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸試樣類(lèi)型以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)速度。表65 拉伸試樣類(lèi)型以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)速度試樣材料試樣類(lèi)型試樣制備方法試樣最佳厚度（mm）試驗(yàn)速度硬質(zhì)熱

51、塑性塑料熱塑性增強(qiáng)塑料I型注塑成型壓制成型4B、C、D、E、F硬質(zhì)熱塑性塑料板、熱固性塑料板（包括層壓板）機(jī)械加工4A、B、C、D、E、F軟質(zhì)熱塑性塑料軟質(zhì)熱塑性塑料板II型注塑成型壓制成型板材機(jī)械加工板材沖切加工2F、G、H、I熱固性塑料包括經(jīng)填充和顯微增強(qiáng)的塑料III型*注塑成型壓制成型C熱固性增強(qiáng)塑料板IV型機(jī)械加工B、C、D * III型試樣僅用于測(cè)定拉伸強(qiáng)度。（3）試樣的制備及要求 試樣制備和外觀檢查，按GB 1039規(guī)定進(jìn)行。 試樣厚度除表中規(guī)定外，板材厚度d10mm時(shí)，可用原厚為試樣厚度；當(dāng)厚度d>10mm時(shí)，應(yīng)從兩面等量機(jī)械加工至10mm，或按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加工。 每組試樣

52、不少于5個(gè)。對(duì)各向異性的板材應(yīng)分別從平行與主軸和垂直與主軸的方向各取一組試樣。實(shí)驗(yàn)六 擠出成型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解普通聚乙烯管擠出成型原理、擠出機(jī)和擠管輔機(jī)工作特性、擠出成型工藝參數(shù)對(duì)制品質(zhì)量的影響；2掌握擠出成型操作過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)原理擠出成型是最重要的高分子材料成型方法之一。擠出成型塑料制品產(chǎn)量占所有塑料制 品總產(chǎn)量的一半以上。利用擠出成型方法生產(chǎn)的制品不僅有純塑料管材、棒材、板材、異型材、絲、網(wǎng)、膜、帶、繩等，而且還包括由塑料與其他非塑料共同組成的復(fù)合制品，如電線電纜、鋁塑復(fù)合管材及密封嵌條、增強(qiáng)輸送帶、鋼塑窗型材、輕質(zhì)隔墻板等。擠出成型是連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程，由擠出機(jī)(主機(jī))、機(jī)頭(口模)和

53、輔機(jī)協(xié)同作用完成。擠出機(jī)有單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)之分，后者是在前者基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，目前兩者均較常用。擠出機(jī)在成型過(guò)程中的作用是熔融塑化和輸送原料。機(jī)頭構(gòu)成熔體流道，引導(dǎo)聚合物分子優(yōu)先排列，形成適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)分布，賦予熔體一定的幾何形狀和密實(shí)度。輔機(jī)包括定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置、檢測(cè)儀器和堆放裝置等。定型裝置和冷卻裝置的作用在于將熔體結(jié)構(gòu)形態(tài)確定保留下來(lái)。牽引裝置除了引離擠出物，維持連續(xù)性生產(chǎn)外，還有調(diào)節(jié)聚合物熔體分子取向作用，控制制品尺寸和物理力學(xué)性能的作用。因此，決定擠出成型制品質(zhì)量的重要因素為塑料材質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝控制參數(shù)。塑料材質(zhì)系指聚合物品種、分子量及其分布、大分子序

54、列結(jié)構(gòu)、支化結(jié)構(gòu)、改性聚合 物種類(lèi)及其用量、塑料添加劑種類(lèi)和用量，以及因生產(chǎn)聚合物合成方法導(dǎo)致樹(shù)脂聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的差異等。選用不同樹(shù)脂或樹(shù)脂牌號(hào)，或配用不同的改性塑料或塑料助劑，生產(chǎn)所得產(chǎn)品性能則相差很大。擠出成型不同截面幾何形狀的制品需要配用不同結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)、機(jī)頭和輔機(jī)。不同原 材料的擠出成型的工藝控制參數(shù)不同；同一種原材料生產(chǎn)不同規(guī)格制品的工藝控制參數(shù)也 不盡相同。這里通過(guò)高分子材料管材、型材和單絲簡(jiǎn)單制品的成型實(shí)驗(yàn)，加深大家對(duì)擠出成型及其相關(guān)制品生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)。本實(shí)驗(yàn)中將高密度聚乙烯(HDPE)加入單螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)加熱、剪切、混合及排氣作用，HDPE塑化成均勻熔體，在螺桿擠壓下，熔體通過(guò)圓環(huán)形

55、口模成型、真空冷卻定型，最終成為HDPE管材。擠出生產(chǎn)管材所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝控制參數(shù)對(duì)制品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的影響如下：擠出機(jī)螺桿和料筒結(jié)構(gòu)直接影響塑料原料的塑化效果、熔體質(zhì)量和生產(chǎn)效率。單螺桿 擠出機(jī)與雙螺桿擠出機(jī)相比，其塑化能力、混合作用和生產(chǎn)效率相對(duì)較低，但是投資少，維修方便。使用單螺桿擠出成型HDPE，尤其是熔體流動(dòng)速率很小的牌號(hào)，應(yīng)選用新型螺桿；普通突變型單螺桿擠出成型適用于普通的有明顯熔點(diǎn)的結(jié)晶性塑料，如PA。雙螺桿擠出機(jī)主要用于高速擠出、高效塑化、大擠出量及復(fù)合材料管材成型。機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)分三種：直通式、直角式和偏心式機(jī)頭。直通式機(jī)頭適用于普通小管成型，其他兩種適用于對(duì)內(nèi)在質(zhì)量要求較高的大中管材成型?？谀：湍Ｐ臼欠謩e成型管材的外表面和內(nèi)表面的部件。為了獲得精確的幾何尺寸和優(yōu)良的外觀質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)塑料性質(zhì)設(shè)計(jì)機(jī)頭結(jié)構(gòu)，對(duì)于聚烯烴而言，口模直徑和芯模直徑為管徑的(0.92)倍；拉伸比：（口模和芯模所形成空間的截面積與擠出管材截面積之比）為11.5?？谀：托灸５亩ㄐ烷L(zhǎng)度相同，一般為管材外徑的(0.53)倍，且與熔體接觸零