偏光显微镜法观察聚合物结晶形态实验报告
偏光显微镜法观察聚合物球晶形态
一、实验目的1.了解偏光显微镜的结构及使用方法。
2.了解球晶黑十字消光图案的形成原理。
3.观察聚合物的结晶形态，理解影响聚合物球晶大小的因素。
二、实验原理用偏光显微镜研究聚合物的结晶形态是目前实验室中较为简便而实用的方法。
随着结晶条件的不用，聚合物的结晶可以具有不同的形态，如：单晶、树枝晶、球晶、纤维晶及伸直链晶体等。
而球晶是聚合物结晶中一种最常见的形式。
在从浓溶液中析出或熔体冷却结晶时，聚合物倾向于生成这种比单晶复杂的多晶聚集体，通常呈球形，故称为“球晶”。
球晶的大小取决于聚合物的分子结构及结晶条件，因此随着聚合物种类和结晶条件的不同，球晶尺寸差别很大，直径可以从微米级到毫米级，甚至可以大到厘米。
球晶尺寸主要受冷却速度、结晶温度及成核剂等因素影响。
球晶具有光学各向异性，对光线有折射作用，因此能够用偏光显微镜进行观察，该法最为直观，且制样方便、仪器简单。
聚合物球晶在偏光显微镜的正交偏振片之间呈现出特有的黑十字消光图象。
有些聚合物生成球晶时，晶片沿半径增长时可以进行螺旋性扭曲，因此还能在偏光显微镜下看到同心圆消光图象。
对小于几微米的球晶则可用电子显微镜进行观察或采用激光小角散射法等进行研究。
结晶聚合物材料、制品的实际使用性能（如光学透明性、冲击强度等）与材料内部的结晶形态、晶粒大小及完善程度有着密切的联系。
如较小的球晶可以提高材料冲击强度及断裂伸长率；球晶尺寸对于聚合物材料的透明度影响则更为显著：聚合物晶区的折光指数大于非晶区，球晶的存在将产生光的散射而使透明度下降，球晶越小透明度越高，当球晶尺寸小到与光的波长相当时可以得到透明的材料。
因此，对聚合物结晶形态与尺寸等的研究具有重要的理论和实际意义。
球晶的生长以晶核为中心，从初级晶核生长的片晶，在结晶缺陷点繁盛支化，形成新的片晶，它们在生长时发生弯曲和扭转，并进一步分支形成新的片晶，如此反复，最终形成以晶核为中心，三维向外发散的球形晶体。
实验证实，球晶中分子链垂直球晶的半径方向。
偏光显微镜法观测聚合物球晶形态
观察显微镜下球晶 的形态并估算其半
径
载玻片
电热炉
偏光显 微镜
高分子材料专业实验
五、数据处理
• 1.画出用偏光显微镜所观察到的球晶形态示 意图。
• 2.计算球晶直径。
高分子材料专业实验
六、回答问题及讨论
• 1．简绘实验所观察到的球晶形态示意图图。 • 2.写出显微尺标定目镜分度尺的标定关系及
所测球晶半径分度尺的格数，计算所测球 晶半径大小。 • 3．结合实验讨论影响球晶生长的主要因素 和实验中应注意的问题。
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四、实验步骤
• 2．安装粘度计
• 将干净烘干的粘度计，用过滤后的纯溶剂
洗2~3次，然后将过滤好的纯溶剂从A管加
入至F球的2/3~3/4，再固定在恒温
30.0℃±0.1℃的水槽中，使其保持垂直，
并尽量使E球全部浸泡在水中，最好使a、
b两刻度线均没入水面以下(如图3所示)。
安装时除注意垂直外，还应注意固定的是
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四、实验步骤
• 4．溶液流经时间t的测定 • 将毛细管内的纯溶剂倒掉，用溶液润洗1~2次，加入
溶液至F球的2／3~3／4，固定在水槽中，恒温15min 左右，开始测定。闭紧C管上的乳胶管，用吸耳球从B 管口将溶液吸至G球的一半(注意B管中溶液表面不能 有汽泡，若有汽泡可从B管上方将其吸出)，拿下吸耳 球打开C管，记下溶液流经a、b刻度线之间的时间t， 重复几次测定，直到出现三个数据，两两误差小于 0.2s，取这三次时间的平均值。
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实验三 GPC法测聚合物的分子量 及分布
一、实验目的 二、实验原理 三、仪器与试剂 四、实验步骤 五、数据处理 六、回答问题及讨论
偏光显微镜法观察聚合物结晶形态实验报告
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偏光显微镜法观察聚合物球晶形态
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二 、实验原理
根据聚合物晶体具有双折射性质,我们采用偏 光显微镜来观察球晶的结构。 高聚物自熔体冷却结晶后，成为光学各向异性 体，当光线通过它时，就会分解为振动平面互相 垂直的两束光，它们的传播速度除光轴方向外， 一般是不相等的，于是就产生两条折射率不同的 光线。 当结晶体的振动方向与上、下偏光镜振动方向 不一致时，视野明亮，就可以观察到晶体，利用 这一原理,我们可以在正交偏光镜间观察到球晶的 形态，大小，数目及光性符号等。
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实验步骤
聚丙烯颗粒 偏光显 微镜
以45°斜角 盖上另外一 片载玻片
观察显微镜下球晶 的形态并估算其半 径
载玻片
电热炉
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五、数据处理
1、画出用偏光显微镜所观察到的球晶形态示 意图。 2、将记录的格数乘以mm/格（已经显微尺标 定）,计算球晶直径。 返回首页
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六、思考题
1.简述聚合物球晶在正交偏光下黑 十字消 光及消光环成因. 2. 2.偏光显微镜下观察晶体形态的原理是什么? ? 3. 球晶大小与结晶温度的依赖关系怎样？ 4.制样时,应注意哪些环节?
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参考文献
[ 1] 南京地质学会. 晶体光学. 地质出版社； [2] AV托博尔斯基等. 长春应化所译. 聚合物 科学与材料. 第八章. 科学出版社，1977 ； [3] 何君曼等. 高分子物理. 复旦大学出版社, 1983。
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偏光显微镜法观测聚合物球晶形态
Байду номын сангаас
一、实验目的 二、实验原理 三、仪器与试剂 四、实验步骤 五、数据处理 六、思考题
偏光显微镜观察聚合物的结晶形态
偏光显微镜观察聚合物的结晶形态一．实验目的1．了解偏光显微镜的结构及使用方法。
2．通过偏光显微镜直接观察，了解结晶结构和无定形结构。
二．实验原理晶体的性能主要决定于它的结构。
分子（原子）聚集在一起有两种主要方式，即结晶态和无定形态。
如果分子链在空间三个方向上形成有序排列，这种有规律的排列结构称为结晶态结构；若分子链成为无序排列，则称为非晶相或称为无定形结构。
偏光显微镜的主要结构与普通光学显微镜相同，主要有目镜和物镜组成，所产生的图象是样品放大的倒像。
总的放大倍数等于目镜和物镜放大倍数的乘积。
不同的是偏光显微镜比普通光学显微镜多加了两块偏振镜。
下偏振镜位于光源与聚光镜之间，它的作用是使通过样品前的自然光变成偏振光，而上偏振镜位于目镜与物镜之间，它的物理作用与下偏振镜相同。
当光线通过上偏振镜时，如果是具有一定振动方向的偏振光，旋转上偏振镜则视场有明暗之别；如果是没有确定方向的自然光，旋转上偏振镜，光都能通过，则视场始终是明亮的，故上偏振镜又称检偏振镜。
上、下两偏振镜的偏振轴相互平行时，光线能全部通过上偏振镜，视场最亮。
上、下两偏振镜的偏振轴相互垂直时，光线完全不能通过上偏振镜，视场最暗。
因此，当固定其中一个偏振镜，把另一个偏振镜转动180°，就看到视场有明暗交替出现的现象。
上、下两偏振镜的偏振轴相互垂直，便组成所谓“正交偏光镜”，用偏光显微镜观察结晶状态时，通常是在正交偏光镜下观察。
在正交偏光镜下观察非晶态聚合物时，视场是暗的，这种现象叫消光。
把载物台旋转360°，消光现象不变，这叫永久消光或全消光（见图 1 所示），永久消光是非晶态聚合物的固有特征，是区分结晶态和非晶态的重要依据。
在非晶态物质中，光在各个方向的传播速度是相同的。
这是因为非晶态物质的分子链呈无序排列属于均匀体，它对于来自于下偏振镜的偏振光不会改变入射偏光的振动方向，传至上偏振镜时，光的振动方向仍然与上偏振镜允许通过的振动方向互相垂直，光不能通过，故视场呈黑暗。
实验三十七偏光显微镜观察聚合物球晶
实验原理演示如下:
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分析
I=A2sin22αsin2δ/2
α是晶片内振动方向与起偏镜振动方向的夹角，振动载 物台可以改变α;
当α= π/4，3π/4，5π/4，7π/5，…时，I最大,光的强度最
大，视野最亮； 当α=0,π/2，π，3π/2，…时，I=0，视野全黑。 在正交偏光镜下，晶体切面上的光的振动方向与A-A，
P-P平行或近于平行，将产生消光或近于消光，故形成分别 平行于A-A，P-P的两个黑带（消光影），它们互相正交而
构成黑十字,见图2;
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用偏光显微镜观察聚合物球晶，在一定条件下，球晶 呈现出更复杂的环状图案，即在特征的黑十字消光图象上 还重叠着明暗相间的消光同性圆环, 这可能是晶片周期性扭 转产生的,见图3。
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二 、实验原理
根据聚合物晶体具有双折射性质,我们采用偏光显 微镜来观察球晶的结构.
高聚物自熔体冷却结晶后，成为光学各向异性体，当 光线通过它时，就会分解为振动平面互相垂直的两束光， 它们的传播速度除光轴方向外，一般是不相等的，于是 就产生两条折射率不同的光线.
当结晶体的振动方向与上、下偏光镜振动 方向不一致时，视野明亮，就可以观察到晶体， 利用这一原理,我们可以在正交偏光镜间观察到 球晶的形态，大小，数目及光性符号等。
偏光显微镜法观测聚合物球晶形态
一、实验目的
二、实验原理 三、仪器与试剂 四、实验步骤 五、数据处理
六、思考题
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一、实验目的
1. 了解偏光显微镜的基本结构和原理。
2. 掌握偏光显微镜的使用方法和目镜分度尺的 标定方法。
3. 用偏光显微镜观察球晶的形态，估计聚丙烯 试样球晶的大小。
偏光显微镜法观察聚合物球晶形态
材料化学设计性实验报告实验名称偏光显微镜法观察聚乙烯的球晶形态实验人喻世安学号 11023231 班级 110232 实验日期 2014 年 6 月 19 日指导教师周丹许秋华评分_______________偏光显微镜法观察聚乙烯的球晶形态一、实验目的1.了解偏光显微镜的结构及使用方法。
2.了解球晶黑十字消光图案的形成原理。
3.观察聚合物聚乙烯的结晶形态，理解影响聚合物球晶大小的因素。
二、实验原理用偏光显微镜研究聚合物的结晶形态是目前实验室中较为简便而实用的方法。
随着结晶条件的不用，聚合物的结晶可以具有不同的形态，如：单晶、树枝晶、球晶、纤维晶及伸直链晶体等。
而球晶是聚合物结晶中一种最常见的形式。
在从浓溶液中析出或熔体冷却结晶时，聚合物倾向于生成这种比单晶复杂的多晶聚集体，通常呈球形，故称为“球晶”。
球晶的大小取决于聚合物的分子结构及结晶条件，因此随着聚合物种类和结晶条件的不同，球晶尺寸差别很大，直径可以从微米级到毫米级，甚至可以大到厘米。
球晶尺寸主要受冷却速度、结晶温度及成核剂等因素影响。
球晶具有光学各向异性，对光线有折射作用，因此能够用偏光显微镜进行观察，该法最为直观，且制样方便、仪器简单。
聚合物球晶在偏光显微镜的正交偏振片之间呈现出特有的黑十字消光图象。
有些聚合物生成球晶时，晶片沿半径增长时可以进行螺旋性扭曲，因此还能在偏光显微镜下看到同心圆消光图象。
对小于几微米的球晶则可用电子显微镜进行观察或采用激光小角散射法等进行研究。
结晶聚合物材料、制品的实际使用性能（如光学透明性、冲击强度等）与材料内部的结晶形态、晶粒大小及完善程度有着密切的联系。
如较小的球晶可以提高材料冲击强度及断裂伸长率；球晶尺寸对于聚合物材料的透明度影响则更为显著：聚合物晶区的折光指数大于非晶区，球晶的存在将产生光的散射而使透明度下降，球晶越小透明度越高，当球晶尺寸小到与光的波长相当时可以得到透明的材料。
因此，对聚合物结晶形态与尺寸等的研究具有重要的理论和实际意义。
偏光显微镜法观察聚合物球晶结构
实验一：偏光显微镜法观察聚合物熔体结晶用偏光显微镜研究聚合物的结晶形态是目前实验室中较为简便而实用的方法。
随着结晶条件的不用，聚合物的结晶可以具有不同的形态，如：单晶、树枝晶、球晶、纤维晶及伸直链晶体等。
而球晶是聚合物结晶中一种最常见的形式。
在从浓溶液中析出或熔体冷却结晶时，聚合物倾向于生成这种比单晶复杂的多晶聚集体，通常呈球形，故称为“球晶”。
球晶的大小取决于聚合物的分子结构及结晶条件，因此随着聚合物种类和结晶条件的不同，球晶尺寸差别很大，直径可以从微米级到毫米级，甚至可以大到厘米。
球晶尺寸主要受冷却速度、结晶温度及成核剂等因素影响。
球晶具有光学各向异性，对光线有折射作用，因此能够用偏光显微镜进行观察，该法最为直观，且制样方便、仪器简单。
聚合物球晶在偏光显微镜的正交偏振片之间呈现出特有的黑十字消光图象。
有些聚合物生成球晶时，晶片沿半径增长时可以进行螺旋性扭曲，因此还能在偏光显微镜下看到同心圆消光图象。
对小于几微米的球晶则可用电子显微镜进行观察或采用激光小角散射法等进行研究。
结晶聚合物材料、制品的实际使用性能（如光学透明性、冲击强度等）与材料内部的结晶形态、晶粒大小及完善程度有着密切的联系。
如较小的球晶可以提高材料冲击强度及断裂伸长率；球晶尺寸对于聚合物材料的透明度影响则更为显著：聚合物晶区的折光指数大于非晶区，球晶的存在将产生光的散射而使透明度下降，球晶越小透明度越高，当球晶尺寸小到与光的波长相当时可以得到透明的材料。
因此，对聚合物结晶形态与尺寸等的研究具有重要的理论和实际意义。
一、实验目的和要求1.了解偏光显微镜的结构及使用方法。
2.了解球晶黑十字消光图案的形成原理。
3.观察聚合物的结晶形态，理解影响聚合物球晶大小的因素。
二、实验原理球晶是以晶核为中心对称向外生长而成的。
在生长过程中不遇到阻碍时形成球形晶体；如在生长过程中球晶之间因不断生长而相碰则在相遇处形成界面而成为多面体，在二度空间下观察为多边体结构。
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实验三偏光显微镜法观察聚合物结晶形态
聚合物的各种性能是由其结构在不同条件下所决定的。
研究聚合物晶体结构形态主要方法有电子显微镜、偏光显微镜和小角光散射法等。
其中偏光显微镜法是目前实验室中较为简便而实用的方法。
一、实验目的要求
1、了解偏光显微镜的结构及使用方法。
2、观察聚合物的结晶形态，估算聚丙烯球晶大小。
二、实验原理
根据聚合物晶态结构模型可知：球晶的基本结构单元是具有折叠链结构的片晶（晶片厚度在100埃左右）。
许多这样的晶片从一个中心（晶核）向四面八方生长，发展成为一个球状聚集体。
电子衍射实验证明了在球晶中分子链（c轴）总是垂直于球晶的半径方向，而b轴总是沿着球晶半径的方向（参考图3-1和图3-2）。
在正交偏光显微镜下，球晶呈现特有的黑十字消光图案，这是球晶的双折射现象。
分子链的取向排列使球晶在光学性质上具有各向异性，即在不同的方向上有不同的折光率。
当在正交偏光显微镜下观察时，分子链取向与起偏器或检偏器的偏振面相平行就产生消光现象。
有时，晶片会周期性地扭转，从一个中心向四周生长（如聚乙烯的球晶），结果在偏光显微镜中就会观察到一系列消光同心圆环。
图3-1 片晶的排列与分子链的取向图3-2 球晶形状
三、仪器与试样
1、仪器
偏光显微镜及附件、载玻片、盖玻片、电炉和油浴锅。
2、试样
聚丙烯（颗粒状），工业级。
四、实验步骤
1、制备样品
（1）将少许聚丙烯树脂颗粒料放在已于260℃电炉上恒温的载玻片上，待树脂熔融后，加上盖玻片，加压成膜。
保温2分钟，然后迅速放入140一150℃甘油浴中，结晶2小时后取出。
（2）将少量聚乙烯粒料用以上同样的方法熔融加压法制得薄膜，然后切
断电炉电源，使样品缓慢冷却到室温。
2、熟悉偏光显微镜的结构及使用方法（参阅本实验的附录及仪器说明书）。
3、显微镜目镜分度尺的标定
将带有分度尺的目镜插入镜筒内，把载物台显微尺放在载物台上，调节到二尺基线重合。
载物台显微尺长1.00毫米，等分为100格，所以每格为0.01毫米。
在显微镜内观察，若目镜分度尺50格正好与显微尺10格相等，则目镜分度尺每格相当于0.01×10／50＝2×l0-3
毫米。
在进行测量时只要读出被测物体所对应的格数，就能知道实物的大小。
4、将制备好的样品放在载物台上，在正交偏振条件下观察球晶形态，估算球晶的半径，并和实验10对比。
五、注意事项
1、在使用偏光显微镜过程中，必须注意的是，要旋转微动手轮，使手轮处于中间位置，再转动粗调手轮，将镜筒下降使物镜靠近试样（从侧面观察），然后在观察试样的同时再慢慢上升镜筒至看清物体的像为止，这样可避免物镜与试样碰撞而压坏试样和损坏镜头。
2、培养球晶时，样品应尽可能压得薄一点，以便观察得更清楚。
六、思考题
1、观察聚丙烯在不同温度下结晶所形成的球晶的形态，讨论结晶温度的控制对球晶大小的影响。
2、讨论结晶与聚合物制品性质之间的关系。
附：偏光显微镜工作原理
一、偏振光与自然光
光波是电磁波，因而是横波。
它的传播方向与振动方向垂直。
如果定义由光的传播方向和振动方向所组成的平面叫振动面，那末对于自然光，它的振动方向虽然永远垂直于光的传播方向，但振动面却时时刻刻在改变。
在任一瞬间，振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可以取所有可能的方向，没有一个方向占优势见图3-3，箭头代表振动方向，传播方向垂直于纸面。
自然光偏振光
图3-3 自然光和偏振光示意图
太阳光及一般的光源发出的光都是自然光。
自然光在通过尼科耳棱镜或人造偏振片以后，光线的振动被限制在某一个方向，这样的光叫做线偏振光或平面偏振光。
二、起偏器与检偏器
能够将自然光变成线偏振光的仪器叫作起偏振器，简称起偏器。
通常用得较多的是尼科耳棱镜和人造偏振片。
尼科耳棱镜是用方解石晶体按一定的工艺制成的，当自然光以一定角度入射时，由于晶体的双折射效应，入射光被分成振动方向互相垂直的两条线偏振光—e光和o光，其中o光被全反射掉了，而e光射出。
人造偏振片是利用某些有机化合物（如碘化硫酸奎宁）晶体的二向色性制成的。
把这种晶体的粉末沉淀在硝酸纤维薄膜上，用电磁方法使晶体C轴指向一致，排成极细的晶线．只有振动方向平行于晶线的光才能通过，而成为线偏振光。
起偏器既能够用来使自然光变成线偏振光，反过来，它又能被用来检查线偏振光，这时，它被称为检偏器或分析器。
例如两个串联放着的尼科耳棱镜，靠近光源的一个是起偏器，另一个便是检偏器。
当它们的振动方向平行时，透过的光强最大；而当它们的振动方向垂直时，透过的光强最弱。
这种情况，我们称为“正交偏振”。
三、偏光显微镜
偏光显微镜是利用光的偏振特性对晶体、矿物、纤维等有双折射的物质进行观察研究的仪器。
它的成象原理与生物显微镜相似，不同之处是在光路中加入两组偏振器（起偏器和检偏
器）以及用于观察物镜后焦面产生干涉象的勃氏透镜组。
仪器结构参考图3-4。
由光源发出的自然光经起偏器变为线偏振光后，照射到置于
工作台上的聚合物晶体样品上，由于晶体的双折射效应，这束光被分解为振动方向互相垂直的两束线偏振光。
这两束光不能完全通过检偏器，只有其中平行于检偏器振动方向的分量才能通过。
通过检偏器的这两束光的分量具有相同的振动方向与频率而产生干涉效应。
由干涉色的级序可以测定晶体薄片的厚度和双折射率等参数。
在偏振光条件下，还可以观察晶体的形态，测定晶粒大小和研究晶体的多色性等。
仪器的使用与操作，详见仪器使用说明书。
图3-4 偏光显微镜示意图
1—仪器底座；2—视场光阑（内照明灯泡）；3—粗动调焦手轮；
4—微动调焦手轮；5—起偏器；6—聚光镜；7—旋转工作台（载舞台）；8—物镜；9—检偏器；10—目镜；11—勃氏镜调节手轮。