偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶及其生長過程-高分子物理-實驗7-07.pdf

實驗七實驗七 偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶及其生長過程偏光顯微鏡法觀察聚合物球晶及其生長過程 一 實驗目的一 實驗目的 1 熟悉偏光顯微鏡的構造 掌握偏光顯微鏡的使用方法 2 觀察聚丙烯在不同結晶溫度下得到的球晶的形態(tài) 估算聚丙烯球晶大小 3 測定聚丙烯在不同結晶度下的晶體的熔點 4 測定 25 聚丙烯的球晶生長速度 二 實驗原理二 實驗原理 聚合物的結晶受外界條件影響很大 而結晶聚合物的性能與其結晶形態(tài)等有著密切的關 系 所以對聚合物的結晶形態(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晶 比如單晶 球晶 纖維晶等等 而其中球晶是聚合物結晶時最常見的一種形態(tài) 如圖 1 所示 它是由晶核開始 片晶輻射狀生長而成的球狀多晶聚集體 基本結構單元是具有折疊鏈結構 的片晶 如圖 2 所示 球晶可以長得比較大 直徑甚至可以達到厘米數(shù)量級 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球晶進行觀 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方向垂直 但對于自然光來說 它的振 動方向均勻分布 沒有任何方向占優(yōu)勢 但是自然光通過反射 折射或選擇吸收后 可以轉 變?yōu)橹辉谝粋€方向上振動的光波 即偏振光 一束自然光經(jīng)過兩片偏振片 如果兩個偏振軸 相互垂直 光線就無法通過了 光波在各向異性介質中傳播時 其傳播速度隨振動方向不同 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第二個偏振片時 只有在與第二偏振軸 1 平行方向的光線可以通過 而通過的兩束光由 于光程差將會發(fā)生干涉現(xiàn)象 在正交偏光顯微鏡下觀察 非晶體聚合 物 因為其各向同性 沒有發(fā)生雙折射現(xiàn)象 光線被正交的偏振鏡阻礙 視場黑暗 球晶會 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 500 1000 倍 與電子顯微 鏡 X 射線衍射法結合可提供較全面的晶體 結構信息 圖 3 全同立構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 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 偏光顯微鏡結構示意圖 1 儀器底座 2 視場光闌 3 粗動調(diào)焦受輪 4 微動調(diào)焦受輪 5 起偏器 6 聚光鏡 7 旋轉工作臺 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 放大用的設備和藥品 135 膠卷 顯影液 定影液 相紙 等 2 四 實驗步驟四 實驗步驟 1 顯微鏡調(diào)整 1 預先打開汞弧燈十分鐘 以獲得穩(wěn)定的光強 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 然后迅速轉移到 50 的熱臺使之結晶 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 條件下結晶 分別攝下結晶形態(tài) 底片經(jīng)沖洗 放大 得到清晰的圖案 3 測定聚合物球晶大小 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量球晶直徑 測定步驟如下 1 將帶有分度尺的目鏡插入鏡筒內(nèi) 將載物臺顯微尺置于載物臺上 使視區(qū)內(nèi)同時見 兩尺 2 調(diào)節(jié)焦距使兩尺平行排列 刻度清楚使兩零點相互重合 即可算出目鏡分度尺的值 3 取走載物臺顯微尺 將預測之樣品置于載物臺視域中心 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 球晶生長速度的測定 1 將聚丙烯樣品在 200 下熔融 然后迅速放在 25 的熱臺上每隔 10 分鐘把球晶的形 態(tài)拍攝下來 直到球晶的大小不再變化為止 2 沖洗底片 并進行放大 量出不同時間球晶的大小 用球晶半徑對時間作圖 得到 球晶生長速度 5 測定聚丙烯在不同溫度下結晶的晶體的熔點 1 預先把電熱板調(diào)節(jié)到 200 使聚丙烯充分熔融 然后分別在 20 25 30 下結晶 每個結晶樣品置于偏光顯微鏡的熱臺上加熱 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 記下這三個熔融溫度 2 實驗完畢 關掉熱臺的電源 從顯微鏡上取下熱臺 3 關閉汞弧燈 3 五 思考題五 思考題 1 聚合物結晶有何特點 形態(tài)特征如何 結晶溫度對球晶形態(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 參考文獻六 參考文獻 1 何平笙 朱平平 楊海洋 談談聚合物的結晶形態(tài)問題 化學通報 2003 66 3 210 212 2 邵毓芳 嵇根定 高分子物理實驗 南京 南京大學出版社 1998 3 何平笙 朱平平 楊海洋 在 高聚物的結構與性能 課程中講透高聚物的特點 高