12.8材料科学研究与分析方法复习题最新答案 - 图文

《材料科学研究与分析方法》复习题答案

一、 电镜部分

1.根据衍射分辨率的公式，分别说明提高光学显微镜和透射电子显微镜的方法和途径？

0.61?衍射分辨率的公式为：?r0?，其中λ为入射光的波长；n 为样品与物镜

nsin?之间介质的折射率；α为孔径半角。

对于具体某一光学显微镜来说：其?不能改变，故提高其分辨率可以增大n和?的值。

对于具体某一透射电子显微镜来说：其n值不能改变，故提高其分辨率可以减小

?以及增大?值，不过?值的改变量很小。 2.根据衍射分辨率公式推导光学显微镜的分辨率？

所能观察到的最小距离，既能分辨的最短距离称为显微镜的分辨率。人眼的分辨率为0.2mm.

对于光学显微镜，若介质为空气，则n = 1， α极限条件下可为90°，则分辨率为 d = 0.61λ。实际上，对于玻璃透镜，最大孔径半角a = 70-75°，如果在物镜和试样之间加入松柏油（n = 1.515）,此时的分辨率为 d = λ/2, 可见，半波长是光学玻璃透镜可分辨本领的理论极限。

3.电镜像差主要有哪些，分别解释并讨论克服像差的主要手段？

答：1）球差是电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的折射能力不同引起的；增大透镜的激磁电流可减小球差，通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来减小球差。

2）像散是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起的；可以通过引入一个强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿。

3）色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变，非单一性而造成的；使用薄试样和小孔径阑将散射角大的非弹性散射电子挡掉，也可采取稳定加速电压和透镜电流可减小色差。 4.焦长和景深的定义？

景深是当像平面固定时(像距不变),能维持物像清晰的范围内,允许物平面(样品)沿透镜主轴移动的最大距离Df。

定义焦长：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持

物像清晰的距离范围，用DL表示，。

5.球差、色差和像散是怎样造成的？用什么方法可以减小这些像差？ 1）球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的，其中离开透镜主轴较远的电子比主轴附近的电子折射程度过大。 物点P通过透镜成像时，电子就不会聚焦在同一焦点上，而是形成一个散焦斑，即像平面在远轴电子的焦点和近轴电子的焦点之间移动，就可以得到一个最小的散焦园斑。

2）像散是由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称引起。原 因：1.极靴内孔不园，2.上下极靴不同轴，3.极靴材质磁性不均匀，4.极靴污染 3）色差是由入射电子的波长或能量的非单一性造成的。

若入射电子的能量出现一定的差别，能量大的电子在距透镜光心比较远的地方聚焦，而能量低的电子在距光心近的地方聚焦，由此产生焦距差。像平面在远焦点和近焦点间移动时存在一最小散焦斑RC。 措施：

减小球差可以通过减小球差系数和孔径来实现，用小孔径成像时，可使球差明显减小。

可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿，即消像散器来减小像散

稳定加速电压和透镜电流可减小色差。

色差系数和球差系数均随透镜激磁电流的增大而减。

6.电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响?说明电磁透镜的景深大、焦长长，是什么因素影响的结果？假设电磁透镜没有像差，也没有衍射埃利斑，即分辨率极高，此时它的景深和焦长如何? 景深Df?2?r0tan??2?r0?，因此影响景深的因素是电磁透镜的分辨率?r0和孔

径半角?。焦长DL?2?r0?M2，因此影响焦长的因素是电磁透镜的分辨率

?r0，放大倍数M以及孔径半角?。电磁透镜的景深大、焦长长，是由于电磁

透镜的?r0值小即分辨率低，孔径半径小，放大倍数大而引起的。

如果电磁透镜没有像差，也没有衍射埃利斑，那么它的景深会很小而且焦长也会

很短。

7.简述扫描电子显微镜的电子光学系统及成像过程。

SEM的电子光学系统包括电子枪、电磁透镜（包括聚光镜和物镜）、扫描线圈和样品室。其成像过程是电子枪发射的电子束经加速电压加速后由第一聚光镜、第二聚光镜组成的电子光学系统形成一个直径小于10nm的极细的电子束并聚焦于样品表面。当电子束以适当角度打在样品表面时，将产生二次电子、背散射电子、俄歇电子、X射线、透射电子等电子信息。信息的大小与样品的性质及表面形貌相关。根据不同的目的，利用不同的信息，可形成不同的像。在观察样品形貌时，检取的主要是二次电子及部分背散射电子。让电子束逐点扫描样品表面，并用探测器检取电子信息，再经放大器放大后调制显像管的光点亮度。由于显像管的偏转线圈电流与扫描线圈电流同步，因此，探测器检取的信息便在显像管荧光屏上形成反映样品表面形貌或性质的扫描电子图像。

8.简要说明高能电子束与样品相互作用产生的主要信号及其所反映的样品结构信息是什么？

主要信号有二次电子、背散射电子、吸收电子、特征X射线、俄歇电子以及透射电子。二次电子对样品表面化状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌。背散射电子可以用作样品表面几百nm深度范围的形貌分析、成分分析以及结构分析（通道花样）。吸收电子可用来进行定性的微区成分分析。特征X射线看用来进行成分分析。透射电子可以进行内部结构分析。俄歇电子用于表层成分分析。

9.比较二次电子和背散射电子的异同及主要用途？

背散射电子是被样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，包括弹性散射和非弹性散射，弹性散射的电子远比非弹性散射的数量多。弹性散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围，由于它的产额随样品原子序数增大而增多，所以不仅可以用来分析形貌，,还可以用来分析成分.

二次电子在入射电子束的作用下,被轰击出来并离开样品表面的原子核外电子。它的能量比较小，一般只有在表层5-10纳米的深度范围才能发射出来,所以它对样品的表面十分敏感，能有效的显示样品表面形貌。但二次电子的产额与原子序数无关，就不能用于成分分析。 10.解释二次电子和背散射电子

背散射电子 （back scattering electron）;二次电子 (secondary electron)

(1)背散射电子是入射电子进入试样后，被表层固体样品中的原子核或核外电子反弹回来的电子，它包括弹性射散射和非弹性散射电子。有的电子经一次散射就逸出表面，有点电子经过多次散射才反射出来 。

特征： 1) 弹性背散射电子远比非弹性背散射电子所占的份额多 ；2) 能量高，例如弹性背散射，能量达数千至数万ev ；3) 背散射电子束来自样品表面几百nm深度范围 ；

4) 其产额随原子序数增大而增多，背散射电子的产额随试样的原子序数增大而增加，I?Z2/3-3/4 ；5) 用作形貌分析、成分分析（原子序数衬度）以及结构分

析（通道花样）； 6）分辨率远低于SEI。

(2)二次电子是入射电子在单电子激发过程被入射电子轰击出来的试样电子，二次电子的能量很低，一般小于50eV,它只能从很薄的试样表层内激发出来，表层深度小于10nm，更深的二次电子由于能量小而无力逸出表面。其中90%来自于外层价电子。

特 征： 1)二次电子能量较低。一般不超过50 ev，大部分几ev；2)来自表层5—10nm深度范围；3)图像无阴影效应；4)对样品表面化状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌；5)SE的产额δ≒K/cosθ,K为常数， θ 为入射电子束与试样表面法线之间的夹角，θ角越大，产额越高，所以对试样表面状态非常敏感；SE的产额还与加速电压、试样组成等有关。6)其产额与原子序数间没有明显的依赖关系。因此，不能进行成分分析。

11.原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜的分辨率各是多少，结合其中一种（或几种仪器）说明该仪器在你的研究领域中会给你带来哪些帮助？ 扫描电子显微镜的分辨率：横向1—3nm;纵向低。 透射电子显微镜的分辨率：横向点分辨率0.3—0.5nm;横向晶格分辨率0.1—0.2nm;纵向分辨率为0.

原子力显微镜的分辨率：原子级0.1nm。

12.简述原子力显微镜的工作原理、优缺点以及在材料研究中的应用？

工作原理：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。

工作模式：1.接触模式：针尖与样品表面距离小（＜1nm），利用原子间的极微弱的排斥力（10e-8～10e-6N )。

优点：可获得高解析度图像； 缺点：1.样品变形，针尖受损;2.不适合表面软的材料.

2.非接触模式：针尖距样品表面5nm—20nm。

优点：不损伤样品表面和针尖，可测试表面柔软样品； 缺点：分辨率低。 3.轻敲模式：探针在Z轴维持固定频率振动，当振动到谷底时与样品表面接触。 分辨率几乎与接触模式相同; 对样品和针尖破坏小。

AFM优点：AFM提供真正的三维表面图。同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。 AMF缺点：成像范围太小,速度慢，受探头的影响太大

应用：材料三维形貌的观察，粉体材料的分析，纳米材料的分析（纳米粒子的粒径、形貌、分散和团聚状况），成分分析。 13.如何得到高质量的扫描电镜图像？

（1）样品的质量：导电性好，耐电子轰击能力强，无挥发性气体… （2）仪器的工作状态：对中使得图形清晰，消除像散

（3）加速电压：加速电压越高，图像越清晰，但太高的电压，可能失去一些图像表面细节可能

（4）工作距离：工作距离越短，分辨率越高

（5）景深的影响，高分辨率电镜景深小，低分辨率电镜景深大。 14.原子散射因子f的值与哪些因素有关？

原子散射因子与元素以及元素在结构中所处的位置也即结构因子有关。

2016级电镜部分考试复习提纲：

15.电子束与样品相互作用会产生哪些信号（至少说出三种）信号产生的机理及其可反映的样品结构信息是什么？

主要信号有背散射电子、二次电子、吸收电子、透射电子、特征X射线及俄歇电子。

背散射电子机理:入射电子进入试样后，被表层固体样品中的原子核或核外电子反弹回来的电子；它可以用作形貌分析、成分分析以及结构分析（通道花样）。 二次电子机理：是入射电子在单电子激发过程被入射电子轰击出来的试样电子； 对样品表面化状态十分敏感，因此能有效地反映样品表面的形貌。

吸收电子机理：被试样吸收的入射电子；可用来进行定性的微区成分分析。 透射电子机理：透过试样的入射电子；可以进行内部结构分析。

特征X射线机理：入射电子激发试样原子的内层电子，试样的外层电子跃迁到内层的电子空位，同时以X射线的形式释放出来；用来进行成分分析。

俄歇电子机理：原子内层电子在能级跃过程中释放出来的能量ΔE把空位层的另一个电子发射出去；用于表面分析。

16.加速电压为100KV和200KV时电子束的波长分别是多少？ 0.0037nm 0.00251nm

17.原子力显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜的分辨率各是多少？影响电子显微镜分辨率的因素是哪些？

分辨率：所能观察到的最小距离，既能分辨的最短距离称为显微镜的分辨率。 扫描电子显微镜（SEM）的分辨率：横向1—3nm;纵向低。

透射电子显微镜(TEM)的分辨率：横向点分辨率0.3—0.5nm;横向晶格分辨率0.1—0.2nm;纵向分辨率为0.

原子力显微镜(AFM)的分辨率：原子级横向0.1nm，纵向0.01nm。

根据光学理论，分辨率可表示为： d = 0.61λ/(nsinα)

d 为分辨率； λ为入射光的波长；n 为样品与物镜之间介质的折射率；α为半孔径角。

从公式 d = 0.61λ/(nsinα) 可以看出，

波长愈短，孔径半角愈大，介质的折射率愈大，则显微镜的分辨本领越高。 电磁透镜的分辨率主要由衍射效应和像差来决定 已知衍射效应对分辨率的影响

∵ α很小通常10-2～10-3rad

因此，像差决定的分辨率主要是由球差决定的。

显然，存在一个最佳孔径半角则

得电磁透镜的分辨率为

1．比较分析二次电子和背散射电子的异同点？

18.TEM制样方法有哪些，简述粉末制样过程？

粉末分散，超薄切片，离子减薄，电化学抛光，机械研磨，复型和萃取，聚焦离子束刻蚀；

粉末分散：这种方法适用于粉末材料。这种方法非常简单，只要把材料在合适的溶剂里分散，然后转移到带有支撑膜的铜网上就可以了。脆性的块体材料在研钵里粉碎后，也可以用这种方法制样。

19.什么是图像衬度，TEM衬度有哪些，简述质厚衬度？

定义：图像衬度是图像上不同区域间明暗程度的差别。由于图像上不同区域间存在明暗程度的差别即衬度的存在，才使得我们能观察到各种具体的图像。 非晶样品透射电子显微图像衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的，即质量厚度衬度（质量厚度定义为试样下表面单位面积以上柱体中的质量），也叫质厚衬度。

二、X射线部分

1.在一正交晶系坐标中，画出（110）、（ī 05）、（ ī ī 1）晶面。

这个不对吧

2.推算出立方晶系晶面（hkl)的面间距公式。

3.画出七大晶系十四种布拉菲晶胞空间点阵形式。

4.X射线本质是什么？

X射线的本质是电磁辐射，与可见光完全相同，仅是波长短而已，因此具有波粒二像性：波动性和粒子性。 2.连续和标识X射线产生机理？ 1）连续X射线产生机理：

能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数目是极大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞，产生能量各不相同的辐射，因此出现连续X射线谱。 2）标识（特征）X射线产生机理：

标识X射线谱的产生相理与阳极物质的原子内部结构紧密相关的。原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识X射线谱。

5.总结X射线与物质相互作用过程。

X射线与物质相互作用时，产生各种不同和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X 射线通过物质时，可分为三部分：

一部分被散射， 一部分被吸收，

一部分透过物质继续沿原来的方向传播。

6.一张X射线纤维图可提供哪些结构信息？

(1)通过衍射点在空间的位置，可推算出晶胞参数。 (2)通过衍射点的强度分布（即峰大小的不同），推断其包容物（即包含什么原子）。 (3)斑点（来自晶体）与晕圈（来自无定形）强度比，可推算出结晶度。 (4)斑点的宽度（即衍射峰的宽度），可推断晶体尺寸。宽度越宽，尺寸越小；宽度越窄，晶粒越大。

(5)弧度分布大小，可推断出取向度。（弧越窄，取向越好。）

7.为什么说我们通过X射线法测得的结晶度也是相对的？ 因为无法严格区分无定形区与结晶区的分界线。

8.在一正交晶系坐标中，画出（110）、（105）晶面。请画出无定形、单晶、多晶粉末及取向高聚物纤维的X光衍射照片示意图形。

?

第一张图不对

9.PET纤维100衍射（位置在2θ=25.78o）经过各种校正后，量得其半高宽为1.72o。请求出晶粒尺寸，并请指出所求得的是纤维什么方向的晶粒尺寸？（X光波长为1.5418?）

0.89?1.5418?100.89?是纤维轴向方向的晶粒尺寸。 ???4.69nm，DCBcos?1.72?3.14??cos12.8918010.某正交晶系晶体的晶胞参数为：a?10.0A,b?15.0A,c?12.0A，请在a,b平面上画出晶面组（120）与(110)，并同时标出倒易矢量240与110的方向

??10????

11. X射线衍射物相分析的基本原理是什么？

由于晶体结构可作为X射线衍射的三维光栅，从而可以产生衍射效应。任何结晶物质都有其特定的化学组成和结构参数（包括点阵类型、晶胞大小、晶胞中质点的数目以及坐标等。）当X射线通过晶体时，会产生特定的衍射图形，对应一系列特定的晶面间距d和相对强度II1值。其中d与晶胞形状及大小有关，

II1与质点的种类及位置有关。所以，任何一种结晶物质的衍射数据d和II1值都是其晶体结构的必然反映。不同物相混在一起时，它们各自地衍射数据将同时出现，互不干扰地叠加在一起。因此，可根据各自地衍射数据来鉴定各种不同的物相。

12.布拉格方程及每部分所代表的意义。 布拉格方程：2 dhkl sinθ=nλ

式中： n为整数，称为反射级数；d晶面间距；θ为入射线或反射线与反射面的夹角，称为掠射角，由于它等于入射线与衍射线夹角的一半，故又称为半衍射角，把2 θ称为衍射角。

13.X射线在晶体上产生衍射的条件是什么？

2dhklsin??n?

dhkl---晶面（hkl）的间距，A；

??--衍射角或布拉格角度；

?--入射X射线的波长，A；

?n---衍射级数，取1、2、3...整数。

即只有在d、?、?同时满足布拉格方程时晶体才能对X射线产生衍射。 14.劳厄方程与布拉格方程的一致性。

用倒易点阵的反射图求出布拉格方程的反射面的晶面指数（hkl）值，从而证明载维森-革未试验中的老厄方程和布拉格方程在解释电子衍射机理时是完全一样的，而后者较前者简洁。可以认为，布拉格方程在讨论方法上和老厄方程是同意义的，但布拉格法有更大的独立价值。 15.干涉指数和晶面指数有什么区别？

（h k l）代表晶面指数，代表一组相互平行的实际存在的晶面；h,k,l是互质的整数；与原点位置无关。

干涉指数都是整数，但不一定是互质的；与原点位置有关；一指数可对应多组晶面且该晶面为虚拟晶面。

16.理解平面底片照相方法的几何关系。

从平板照相可以大概计算点阵面间距。 已知试样到底片的距离为D，某一（hkl）衍射的衍射环半径为L，可以得到：tg2θ=L/D，由L和D求出θ角，再由Bragg公式求出点阵面间距dhkl。

17.由平板照相法测得结晶聚合物X=13.85mm（110）；15.65（200）；25.82（020）；29.37（011）。已知样品到底片距离L=35mm，X为衍射环至中心距。若假定此结晶聚合物属正交晶系，试求a,b,c,及d110,200,020。

18.某种纤维100衍射（位置在2θ=25.78o）经过各种校正后，量得其半高宽为2.72o。请求出晶粒尺寸，并请指出所求得的是纤维什么方向的晶粒尺寸？（X光波长为1.5418?）

DC0.89?1.5418?100.89????4.69nm?Bcos?1.72?3.14?cos12.89180，是纤维轴向方向的晶粒尺寸。

?1019.物相定性分析的原理

任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样。每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的。多相试样的衍射花样是由它和所含物质的衍射花样机械叠加而成。 通常用d（晶面间距表征衍射线位置）和I（衍射线相对强度）的数据代表衍射花样。用d-I数据作为定性相分析的基本判据。

定性相分析方法是将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的物相。

X射线光电子能谱

1. 什么是电子结合能和化学位移？它们有何实际应用？

电子结合能（Eb）代表了原子中电子与核电荷（Z）之间的相互作用强度。元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移。

通过电子结合能可以了解样品中元素的组成，反应表面化学成分的情况。由化学位移的大小可以确定元素所处的状态，分析元素的化合价和存在形式。 2. 如何用X射线光电子能谱进行元素定性和定量分析？

通过测定谱中不同元素内层光电子和结合能可直接进行元素定性分析。

XPS定量分析的关键是要把所观测到的信号强度转变成元素的含量即将谱峰面积转变成相应元素的含量。

3. XPS有何突出优点？它可以分析哪些元素？

1XPS 能够分析除了氢，氦以外的所有元素2测定精度高。 3空间分辨率为100um，分析深度在1.5nm左右4灵敏性高。 4. 简述样品的制备方法。

粉末样品：一般是把粘在双面胶带上，

块状样品：可直接夹在样品托上或用导电胶带粘在样品托上。 固体样品：（1）溶剂清洗或长时间抽真空除表面污染物。（2）氩离子刻蚀除表面污物。（3）擦磨、刮剥和研磨。（4）真空加热。 其它方法：

1.压片法：对疏松软散的样品可用此法。

2.溶解法：将样品溶解于易挥发的有机溶剂中，然后将其滴在样品托上让其晾干或吹干后再进行测量。

3.研压法：对不易溶于具有挥发性有机溶剂的样品，可将其少量研压在金箔上，使其成一薄层，再进行测量。

5. X射线荧光光谱分析的基本原理及应用

原理：当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生 X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。

（1）只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。（2）荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。

二、 热分析部分

1． 何谓热分析？请解释“程序温度”，“物质”和“某一物理性质”的含义。 热分析是指测量在受控程序温度条件下，物质的物理性质随温度变化的函数关系的一组技术。“程序温度”是指把温度看作是时间的函数，设计出实验所需要的温度程序。“物质”是指试样本身和试样的反应产物，包括中间产物。“某一物理性质”包括质量、热焓变化、温差、尺寸、机械特性、光学特性、电学特性等。 2． 如何用DSC(DTA)测定试样的Tɡ、Tm、比热、结晶度？

在DSC曲线上，以转折线的延长线与基线延长线的交点作为Tɡ点。从DSC曲线熔融峰的两边斜率最大处引切线，相交点所对应的温度作为Tm。结晶度

?H???H0f'fa?H?100%，其中

f是指试样的结晶熔融热，?H'fa是指平衡熔融热。

C?mdHdt，其中dH/dt是指热流速率，dT/dt是指程序升温速率 m样品质量。 dTdt3． 试论高分子与小分子物质的结晶有何区别，它们的DSC曲线熔融峰有何不

同？求取Tm方法有何差别？ 高分子物质结晶一般很缓慢，并且结晶不完全。晶粒中的分子链可能延伸到周围的非晶区或其他晶粒中去。而小分子结晶完全并且速度快，是一个个孤立的结晶晶粒。它们的熔融峰区别是高分子的熔融峰是一个矮的温度范围很宽的吸热峰，而小分子的熔融峰很尖锐。

小分子以峰前最大斜率处作切线与基线的交点，所对应的T为Tm。大分子以峰两侧斜率最大作切线，其交点对应的T为Tm或以峰顶温度作Tm。

4． 230°C退火20min的PET在不同加热速率下，其DSC曲线上的熔融峰有何

差别？并解释之。

不同加热速率下得DSC曲线上熔融峰均为双峰。温度较低的峰的峰值和面积均随升温速率上升而增大；而温度较高的峰的峰值和面积反而下降；两峰的总熔融热保持不变。这些变化与log(加热速率)几乎呈线性关系。这表明在DSC升温过程中，存在着预熔---再结晶的重组过程，熔融双峰就是低熔点物质熔融后转变为高熔点晶体再熔融过程在DSC曲线上的体现。

5． PET卷绕丝和其冷拉4倍的丝其DSC低温结晶峰有何不同？为什么？

低温结晶峰峰值降低。因为PET卷绕丝的完全无定型部分经拉伸处理，变为取向无定形，取向规整度提高，使冷结晶温度降低，峰面积下降。 6． TMA的特点是什么？举例说明其在纤维方面应用的重要性。

（1）就一个方法的单性功能而言,TMA曲线的“指纹”性优于DTA或DSC。 （2）TMA曲线测得的各种性质，如线膨胀系数（CTE）、热收缩率ST和收缩力SFT正是纤维应用时所涉及的重要性质。

（3）TMA可以检测Tg和Tm等物理相变的温度。

一个重要的应用是收缩动力学和收缩力现象的研究。它是纤维TMA理论研究中的主要内容。

7． 可以用哪几种热分析仪器对固化反应进行测定？请分别用简单的曲线和文

字表述之。 （1）DSC法

测定可得到固化反应的起始温度、峰值温度、终止温度和反应热以及固化后树脂的Tg。这些数据对于树脂加工条件的确定，评价固化剂的配方（包括促进剂等）都很有意义。还可进行固化反应动力学的研究。 （2）TMA法

TMA中的温度一形变曲线测定法也能反映固化后的交联密度，并且从Tg值来评价其最佳固化条件。从图112中可以定出Tb、Tg和Tf三个温度和曲线形变平台高度h（与应变量有关）。

从这几个数值也可评定固化温度、固化热处理时间、固化剂用量和促进剂用量等因素。

（3）DMA法

测得模量变化、软化温度、硬化温度和凝胶化温度 TS:软化温度 Tgel：凝胶化温度 Th:硬化温度 （4）DMA法

可在固化工艺过程中进行监控，观察固化程度，确定流动峰，固化峰及凝胶化转变点。

一、简答题

1. 何谓热分析？及常用的热分析仪器。 热分析是测量在受控程序温度条件下，物质的物理性质随温度变化的函数关系的一组技术。

常用的热分析仪器：热重分析仪（TG）、差热分析仪（DTA）、差示扫描量热分析仪（DSC）、静态热机械分析仪（TMA）、动态热机械分析仪（DMA）

2. 简述样品用量、升温速率、测试气氛对DSC曲线的影响？

样品用量的影响：样品用量小，分辨率高，灵敏度低，定性分析效果好；样品用量大，分辨率低，可观察细小转变，定量分析效果好。

升温速率的影响：快速升温，峰形尖，灵敏度高，分辨率小；慢速升温，使DSC峰形变小。

测试气氛的影响：不同的气氛对热焓值的影响存在明显的差别，选择合适的实验气氛至关重要。

3. DMA常用测量模式（五种）及相应样品测试适用范围。 弯曲模式：适用于条状，刚性较大的样品，如金属材料。

拉伸模式：适用于弹性较大的样品，韧性好的的样品，如膜，纤维。 压缩模式：适用于较软的，弹性物质，如橡胶。 悬臂梁模式：适用于刚性大，条状物质。 剪切模式：适用于橡胶。

一、 论述题

1. 测定聚合物玻璃化转变温度(Tg)的常用热分析方法并画出示意图说明。

（1）DTA法：以转折线的延线与基线延线的交点B作为Tg点，但又以基线开始转折处A和转折回复到基线处C为转变区。

（2）DSC法：在DSC曲线上，以转折线的延长线与基线延长线的交点作为Tg

（3）TMA法：以转折线的延长线与基线延长线的交点为Tg。

（4）DMA法： tanδ的峰点来确定Tg。

2. 检测聚合物共混物的相容性的热分析方法及区别？

共混物高聚物的Tg基本上由两种相混的均聚物的互溶性决定，如果两种均聚物彼此完全互溶，则共混物的性质几乎与相同的无规共聚物相同，即Tg介于相应的均聚物的Tg之间。如果两种高聚物是互不相溶的，则共混高聚物的内部有两相存在，对于每一相都可观察到各自的Tg。

DMA与DSC： 前者更灵敏：玻璃化转变区储能模量发生几个数量级的变化，且损耗模量与tand出现峰值，这些现象在DMA谱图上不能被忽略；而Tg前后，高聚物比热容变化有限，特别是含量较低的组分，其Tg前后的比热容变化对DSC曲线基线移动的贡献很小易被忽略，不能准确判断共混物组成在分子水平的相容性。

3. 可以用哪几种热分析仪器对固化反应进行测定？请分别用简单的曲线和文字表述之。

（1）DSC:

第一次试验：树脂由固态熔化，首先出现一个吸热峰，然后出现一个很明显的放热峰即固化峰，可用基线与之相切得到固化起始温度Ta和终止温度Tc，从曲线峰顶得到固化速率最快温度Tb。第二次试验：试样已热处理固化，不再出现固化峰，仅看到一个转折，即固化后树脂体系的Tg。

（2）DMA法：测得模量变化、软化温度、硬化温度和凝胶化温度 TS:软化温度 Tgel：凝胶化温度 Th:硬化温度

体系的温度升高达到软化温度Ts，材料开始完全成为液态，到达凝胶点Tgcl时开始出现固化现象，损耗模量增加，出现一个tanδ峰，继续升温，固化过程基本完成，损耗模量不再继续上升，出现又一个tanδ峰对应的温度为固化温度Th。

（3）TMA……

4. 如何用TG研究材料的热稳定性？

TG是测量物质质量与温度的关系，利用曲线分析可对比物质的热稳定性。热稳定性的评价大致标准分为以下几点：拐点温度、起始失重温度、最大失重速率温度、积分分解温度、予定的失重百分数温度、外推起始温度和外推终止温度等。这些温度越高则表明热稳定性越好，

如上图出示了五种高聚物的TG曲线，可以看出杂环结构的聚酰亚胺(PI)稳定性最高，而以氟原子代替聚烯烃链上的H原子也大大增加了热稳定性。但在高聚物链中存在氯原子将形成弱键，致使聚氯乙烯热稳定性最差。

2016级热分析部分考试复习提纲：

1. 如何用动态热机械分析法(DMA)研究聚合物共混物的相容性？试结合简易实验曲线说明。（笔记本上有记载） 2. 如何用TGA研究聚合物的热稳定性？

3. 小分子增塑剂的加入，可以降低聚合物的熔融加工温度，对聚合物热稳定性的影响如何？

4. 如何用DSC判断聚合物的相容性？（笔记本上有记载）

5. 测量高聚物玻璃化转变温度的热分析手段有哪几种，分别对其进行名词解释，并对他们测量灵敏度进行排序？ (上面有)

6. 采用何种热分析方法检测聚合物的结晶度，如何进行？

7. 如何用热分析方法监测环氧树脂热固化过程，帮助制定热固化制度？试用简单的曲线和文字表述之。

8. 影响DSC曲线的因素有哪些？并解释之。(上面有)

9. 为了增加橡胶轮胎与地面的磨擦，高阻尼也是需要的，采用哪种热分析方法研究橡胶的阻尼特性？并名词解释这种热分析方法。 10. 名词解释：TGA，DTA，DSC，TMA，DMA

11. 研究非晶性聚合物共混物相容性的常用热分析方法？试比较之。

12. 拉伸可以使出生纤维在一定程度上发生取向，取向对聚合物结晶度的影响？

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