高密度聚乙烯的微观结构研究

摘要

高分子和聚合物，是指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达104～106)化合物。在大分子概念建立以后的几十年中，合成高聚物取得了飞速的发展，许多重要的聚合物相继实现了工业化。 聚合物的结构研究和性能改良对其应用的推广具有举足轻重的作用。在实际的科学研究中，对微观结构的探索方法随着科技的进步而不断提高。自1932年美国物理学家安德森在宇宙射线的研究中发现正电子以来，正电子谱学作为一种新兴的、高科技的核技术在材料科学的研究中得到了广泛应用。正电子湮没寿命谱技术(简称PALS)是一种原位探针技术。正电子作为电子的反粒子和微探针，在探测高聚物的微结构、纳米量级的微空洞、结构转变与松弛、表面、界面物性、及共混、共聚物的相容性等方面是其他实验技术所不及的。 聚合物自由体积的概念最早是由Fox和Flory提出的，自由体积与聚合物的许多物理化学性质密切相关，如粘度、粘弹性、玻璃化转变及塑性屈服等。研究自由体积有助于了解聚合物结构与性能之间的关系。PALS的探针较小，不会对体积产生显著的影响，并且正电子优先定域湮没在孔穴和缺陷等处，其寿命、强度与自由体积孔穴的大小及数量、分布密切相关，所以，PALS是一种用于表征自由体积尺寸和浓度的极为有用的技术。 本文的工作是自行编制了基于windows编程的正电子解谱程序，将该程序应用于高密度聚乙烯(HDPE)的自由体积和微观结构的研究。该程序能对同类物质的微观结构分析具有较强的针对性。我们将从PALS技术的原理、应用理论以及寿命谱数据的处理方法等方面进行综述，最后有针对性地对该技术在聚合物中的应用进行了概述，并且详述了正电子解谱程序的编写和高密度聚乙烯的微观结构及自由体积的分析，通过分析得到了高密度聚乙烯的τ3和自由体积随温度的变化情况，以及自由体积形成能随温度的关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引 言

1.1高聚物材料的应用及其发展趋势

1.2聚乙烯的主要特点和应用

1.2.1 聚乙烯的主要特点

1.2.2聚乙烯的主要应用

1.3 高聚物微结构的正电子谱学研究

1.4本文的研究目的和意义

1.5本论文的结构

第二章正电子湮没原理与测量方法

2.1 正电子湮没技术的发展与概况

2.2正电子湮没

2.2.1 正电子湮没过程

2.2.2正电子湮没率及电子密度

2.2.3正电子捕获模型

2.2.4正电子湮没Doppler展宽谱和角关联谱与电子动量

2.3正电子湮没谱实验方法

2.3.1 正电子寿命测量

2.3.2正电子2γ角关联测量

2.3.3多普勒展宽谱

2.3.4慢正电子束技术

2.4用正电子谱学表征高分子材料微结构

2.5本章小结

第三章基于windows编程的正电子解谱程序介绍

3.1 正电子解谱程序的发展和现状

3.2 windows编程的正电子解谱程序的物理模型

3.2.1物理模型

3.2.2最小二乘拟合原理

3.3可视化正电子解谱程序的编写

3.3.1生成程序框架

3.3.2程序的运行

3.4本章小结

第四章 用正电子湮没寿命谱技术研究高分子材料微结构

4.1 前言

4.2 实验

4.2.1样品和源的制备

4.2.2实验装置系统的整体结构

4.2.3数据处理

4.3讨论和结果

4.3.1 HDPE中自由体积特性

4.3.2 HDPE中自由体积形成能

4.4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

硕士研究生期间发表的论文

致 谢