新型热分析技术对高分子玻璃化转变及结晶性能的研究
发布时间：2021-08-24 10:57
高分子材料的玻璃化转变与结晶行为是其最基本也最深奥的物理特征,一百多年来诸多仪器被用于研究聚合物的玻璃化转变与结晶过程,这其中热力学方法被认为是一种最直接的测量手段。近些年来,随着更多高分子共混体系以及高分子纳米材料的广泛应用,传统的量热学方法面临了诸多挑战,而新型的量热学技术得到了长足发展并广泛应用于实际生产与科学研究中。这其中拥有高灵敏度的交流芯片量热仪（AC-chip calorimetry）与拥有超快升降温速率的高速扫描量热仪（UFDSC）为研究高分子共混体系及高分子纳米材料的玻璃化转变与结晶行为创造了更多可能。首先,我们使用UFDSC研究了高分子共混体系的相分离动力学。利用UFDSC超快的升降温速率,我们可以精确控制样品温度并研究时间尺度低至1 ms内相分离进行的过程,从而获取完整的相分离动力学。我们使用拥有低临界相分离温度的聚甲基乙烯基醚/聚苯乙烯（PVME/PS）共混物作为标准物,运用了温度阶跃法获取了该共混物的相图以及均相共混物的玻璃化转变温度（Tg）。之后,我们选取PVME/PS 7/3的样品作为模板,研究了该样品从1 ms至1 h之内的相分离动力学。在成核增长（NG...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?５冷热台抱高速扫描站热仪的外观设计图
Ｆｉｇｕｒｅ?］?．４?Ｔｈｅ?ｈｉｇｈｅｓｔ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｒａｔｅ?ｔｈａｔ?ｔｈｅ?ＸＥＮ?３９４７３ｂ?ａｎｄ?ＸＥＮ?３９３９４?ｃｈｉｐ?ｓｅｎｓｏｒ?ｃａｎ?ｒｅａｃｈ．??为了能将局速扫描量热技术与光学技术联用，本实验室设计ｊ＇．种冷热台型??的高速扫描量热仪。２４其外观及样品室内部设计分别如图１．５和图１．６所示。该??设计不同于Ｓｃｈｉｃｋ等１２提出的Ｔｕｂｅ－Ｄｅｗａｉ？型的高速扫描量热仪。在图１．?５中标??有Ｒ的表示装载样品的芯片传感器，该传感器上方和下方备有一个迪透的窗口，??用于检测通过光源的反射或投射信号。Ｎ此，可将冷热台型的高速扫描量热仪与??多种光学设备进行原位联用，例如：光学显微镜，红外吸收光谱，拉曼光谱，甚??至是原丫力显微镜。对于个同的光学？检测方法，顶部和底部可使川不同的透光材??料，如对于红外光检测可使用氟化钙镜片，对］？?Ｘ射线检测可使川聚酰亚胺膜??作为镜片。本文中使用冷热台型高速扫描Ｍ热仪Ｍ光肀显微镜进行联用，来研宄??高分子共混体系的相分离动力学，因此选⑴氟化钙的镜片。?????冷热台型?＿?「?丨??样品室?丨丨?顶部窗口??＼?？?芯片??传感器???丨＿?＊???＾Ｔ＼??「１底部窗Ｍ??［赫］??姻?卜Ｃ＾ｉＴ＞￣￣??ｆ?
？＊??０?锥職润??图１．６冷热台型高速扫描量热仪的内部设计图（侧面）。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｔｈｅ?ｉｎｎｅｒ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔａｇｅ?ｔｙｐｅ?ＵＦＤＳＣ．??１．２．２高速升降温及测量原理??高速扫描量热仪的样品区域通常都十分小，呈现薄膜状或直径为数十微米的??圆盘状。由于芯片传感器的加热区域非常小，其周围的气体的温度分布为：??＾（Ｔ－Ｔ＾ｒｊｒ?（丨．丨）??其中７；为环境温度，７为加热区设定温度，＾为加热区半径。对于一个半径与加??热区相当的圆盘状样品，其向环境散热的热流为：??气一?ｋｒＷｄＶｄｒ?匕（，?（１２）??其中ｋ为环境气体的导热系数。由此可计算通过周围气体可实现的最高降温速??率为：??处－ＱｋＩＭｓＰｓＣｓ?（｜?３）??其中外和＾分别为样品的密度和热容。由此估计，对于半径为４０叫的样品，??当其与环境温差达到３００?Ｋ吋，在氮气氛围下可实现的最高降温速率约为１０５Ｋ／ｓ。??为了达到较快的降温速率和较高的精度
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分子结晶和熔融行为的Flash DSC研究进展[J]. 李照磊,周东山,胡文兵. 高分子学报. 2016(09)
[2]聚合物薄膜玻璃化转变及其分子松弛行为的研究进展[J]. 左彪,何婷婷,李俊燕,徐王杰,杨菊萍,王新平,沈之荃. 中国科学:化学. 2015(02)
本文编号：3359857
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?５冷热台抱高速扫描站热仪的外观设计图
Ｆｉｇｕｒｅ?］?．４?Ｔｈｅ?ｈｉｇｈｅｓｔ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｒａｔｅ?ｔｈａｔ?ｔｈｅ?ＸＥＮ?３９４７３ｂ?ａｎｄ?ＸＥＮ?３９３９４?ｃｈｉｐ?ｓｅｎｓｏｒ?ｃａｎ?ｒｅａｃｈ．??为了能将局速扫描量热技术与光学技术联用，本实验室设计ｊ＇．种冷热台型??的高速扫描量热仪。２４其外观及样品室内部设计分别如图１．５和图１．６所示。该??设计不同于Ｓｃｈｉｃｋ等１２提出的Ｔｕｂｅ－Ｄｅｗａｉ？型的高速扫描量热仪。在图１．?５中标??有Ｒ的表示装载样品的芯片传感器，该传感器上方和下方备有一个迪透的窗口，??用于检测通过光源的反射或投射信号。Ｎ此，可将冷热台型的高速扫描量热仪与??多种光学设备进行原位联用，例如：光学显微镜，红外吸收光谱，拉曼光谱，甚??至是原丫力显微镜。对于个同的光学？检测方法，顶部和底部可使川不同的透光材??料，如对于红外光检测可使用氟化钙镜片，对］？?Ｘ射线检测可使川聚酰亚胺膜??作为镜片。本文中使用冷热台型高速扫描Ｍ热仪Ｍ光肀显微镜进行联用，来研宄??高分子共混体系的相分离动力学，因此选⑴氟化钙的镜片。?????冷热台型?＿?「?丨??样品室?丨丨?顶部窗口??＼?？?芯片??传感器???丨＿?＊???＾Ｔ＼??「１底部窗Ｍ??［赫］??姻?卜Ｃ＾ｉＴ＞￣￣??ｆ?
？＊??０?锥職润??图１．６冷热台型高速扫描量热仪的内部设计图（侧面）。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｔｈｅ?ｉｎｎｅｒ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔａｇｅ?ｔｙｐｅ?ＵＦＤＳＣ．??１．２．２高速升降温及测量原理??高速扫描量热仪的样品区域通常都十分小，呈现薄膜状或直径为数十微米的??圆盘状。由于芯片传感器的加热区域非常小，其周围的气体的温度分布为：??＾（Ｔ－Ｔ＾ｒｊｒ?（丨．丨）??其中７；为环境温度，７为加热区设定温度，＾为加热区半径。对于一个半径与加??热区相当的圆盘状样品，其向环境散热的热流为：??气一?ｋｒＷｄＶｄｒ?匕（，?（１２）??其中ｋ为环境气体的导热系数。由此可计算通过周围气体可实现的最高降温速??率为：??处－ＱｋＩＭｓＰｓＣｓ?（｜?３）??其中外和＾分别为样品的密度和热容。由此估计，对于半径为４０叫的样品，??当其与环境温差达到３００?Ｋ吋，在氮气氛围下可实现的最高降温速率约为１０５Ｋ／ｓ。??为了达到较快的降温速率和较高的精度
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分子结晶和熔融行为的Flash DSC研究进展[J]. 李照磊,周东山,胡文兵. 高分子学报. 2016(09)
[2]聚合物薄膜玻璃化转变及其分子松弛行为的研究进展[J]. 左彪,何婷婷,李俊燕,徐王杰,杨菊萍,王新平,沈之荃. 中国科学:化学. 2015(02)
本文编号：3359857
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