本書(shū)介紹了高分子材料研究中*常用的測(cè)試分析技術(shù)，涵蓋結(jié)構(gòu)鑒定方法、分子量研究方法、形態(tài)與形貌表征方法、熱分析方法等，還包括高分子材料性能研究方法，如流變性能研究方法、力學(xué)性能測(cè)試方法、吸附性能研究方法等。本書(shū)在介紹每種具體分析方法時(shí)重點(diǎn)突出針對(duì)高分子材料的分析原理以及制樣技術(shù)，同時(shí)在高分子材料研究實(shí)例部分緊扣分析方法的原理。在盡量避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式的基礎(chǔ)上注意引入各種方法在高分子材料分析應(yīng)用中的*進(jìn)展。本書(shū)可作為高分子材料相關(guān)學(xué)科的本科生及研究生教材，也可以作為從事高分子材料研究與分析測(cè)試的工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
前言隨著工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證在我國(guó)的深入推進(jìn)，工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)被越來(lái)越多的高校重視。工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中明確指出培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，預(yù)測(cè)與模擬復(fù)雜工程問(wèn)題，并能夠理解其局限性。《高分子材料分析測(cè)試與研究方法》課程在高分子材料相關(guān)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)方面起到重要作用。本教材自2011年出版以來(lái)，先后4次印刷。為充分發(fā)揮培養(yǎng)高素質(zhì)、工程應(yīng)用型人才的作用，特此修訂。在本次修訂過(guò)程中，我們?cè)诒ＷC系統(tǒng)地反映本課程內(nèi)容的同時(shí)，力求語(yǔ)言簡(jiǎn)練、內(nèi)容通俗易懂，避免因文字、圖例等不夠準(zhǔn)確的情況影響質(zhì)量。本次主要修訂內(nèi)容有：1.刪除了原教材中部分過(guò)時(shí)的應(yīng)用案例，對(duì)各種分析測(cè)試與研究方法中樣品制備的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了更新，使教材保持新穎性。2.修訂了原教材中不規(guī)范的文字，更正了圖例中的錯(cuò)誤以及教材中部分結(jié)構(gòu)內(nèi)容不合理的地方。《高分子材料分析測(cè)試與研究方法》作為高分子材料相關(guān)專(zhuān)業(yè)的主要教材，我們既是教材的編寫(xiě)者，也是教材的使用者。通過(guò)對(duì)教材的反復(fù)使用，不斷發(fā)現(xiàn)教材中的不足并改進(jìn)和完善，力求使之更加符合工程教育培養(yǎng)目標(biāo)的要求，同時(shí)更加具有可操作性和實(shí)用性。由于修訂時(shí)間有限，可能還存在暫未發(fā)現(xiàn)的瑕疵，歡迎各位同行、讀者批評(píng)指正。編者2018年1月第一版前言從19世紀(jì)開(kāi)始，人類(lèi)開(kāi)始使用改性過(guò)的天然高分子材料。進(jìn)入20世紀(jì)之后，高分子材料進(jìn)入了大發(fā)展階段。首先是在1907年，Leo Bakeland發(fā)明了酚醛塑料；1920年Hermann Staudinger提出了高分子的概念并且創(chuàng)造了Makromolekle這個(gè)詞。此后，聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龍開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)并被廣泛使用。現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)高分子材料提出了更高的要求，推動(dòng)了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發(fā)展。高分子材料的發(fā)展離不開(kāi)分析測(cè)試技術(shù)的建立與發(fā)展。高分子材料分析測(cè)試與研究方法已經(jīng)成為高分子材料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與應(yīng)用中各個(gè)環(huán)節(jié)不可或缺的手段；無(wú)論是在高分子結(jié)構(gòu)鑒定、分子量研究、高分子材料形態(tài)與形貌表征、熱分析等領(lǐng)域，還是在高分子材料性能如流變性能、力學(xué)性能、吸附性能等研究領(lǐng)域，都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。高分子材料分析測(cè)試技術(shù)種類(lèi)很多，而且還在不斷發(fā)展，本書(shū)盡量囊括了高分子材料研究中最常用的測(cè)試分析技術(shù)，并且在編排時(shí)突出了高分子材料分析方法的新穎性。本書(shū)既介紹了高分子材料研究中最常用的測(cè)試分析技術(shù)，涵蓋結(jié)構(gòu)鑒定方法、分子量研究方法、高分子材料形態(tài)與形貌表征方法、熱分析方法等，還包括高分子材料性能研究方法，如流變性能研究方法、力學(xué)性能測(cè)試方法、吸附性能研究方法等。在對(duì)這些分析方法的基本原理、儀器構(gòu)成及實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)明闡述的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)突出針對(duì)高分子材料研究的分析原理以及制樣技術(shù)等。通過(guò)典型實(shí)例及結(jié)果分析，著重介紹上述各種測(cè)試分析技術(shù)在高分子研究中的應(yīng)用。本書(shū)內(nèi)容的安排與編寫(xiě)力圖實(shí)現(xiàn)以下目的：使學(xué)生熟悉高分子材料分析及測(cè)試方法，掌握各種方法的基本原理，了解各種分析方法在高分子材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)正確使用各種分析方法為高分子材料設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用服務(wù)。通過(guò)對(duì)本書(shū)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠根據(jù)研究需要，選擇適宜的分析測(cè)試方法，并能設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用所學(xué)基本理論對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。本書(shū)分為7章：第1章結(jié)構(gòu)鑒定，由邢國(guó)秀、柳全文、郭磊、蒙延峰和李桂英編寫(xiě)；第2章分子量與分子量分布的測(cè)定，由李桂英和陳厚編寫(xiě)；第3章形態(tài)與形貌表征，由張盈、楊正龍、孫昌梅和陳厚編寫(xiě)；第4章熱分析技術(shù)，由張錦峰和蒙延峰編寫(xiě)；第5章流變性研究，由馬松梅和李桂英編寫(xiě)；第6章力學(xué)性能測(cè)定，由郭磊編寫(xiě)；第7章吸附性能測(cè)定，由郭磊編寫(xiě)。全書(shū)由陳厚和郭磊修改和統(tǒng)稿，最后由曲榮君審核。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，得到了山東省高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2009330）、魯東大學(xué)學(xué)科發(fā)展基金的資助。本書(shū)在出版過(guò)程中參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)書(shū)刊，在此深表感謝。本書(shū)可作為高等學(xué)校高分子材料相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生的教學(xué)用書(shū)，也可供從事高分子材料生產(chǎn)和研究的科技人員參考。《高分子材料分析測(cè)試與研究方法》內(nèi)容涉及面廣、信息量大，限于編者水平，疏漏和不妥之處難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編者2010年10月
陳厚，魯東大學(xué)，教授1999.092004.06 山東大學(xué)材料學(xué)專(zhuān)業(yè)碩博連讀，獲博士學(xué)位2009.10至今 魯東大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)，高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任2011.11至今 山東省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高性能與功能高分子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任2014.03至今 魯東大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)
第1章結(jié)構(gòu)鑒定1
1.1傅里葉紅外光譜1
1.1.1紅外光譜基本原理1
1.1.2頻率位移的影響因素8
1.1.3紅外吸收光譜儀及實(shí)驗(yàn)技術(shù)9
1.1.4常見(jiàn)高分子化合物的紅外光譜12
1.1.5紅外吸收光譜在高分子材料分析中的應(yīng)用12
1.2激光拉曼散射光譜19
1.2.1拉曼光譜基本原理19
1.2.2激光拉曼光譜儀20
1.2.3拉曼光譜與紅外吸收光譜的異同20
1.2.4激光拉曼散射光譜的特征21
1.2.5常見(jiàn)高分子化合物的激光拉曼散射光譜25
1.2.6激光拉曼散射光譜在高分子材料分析中的應(yīng)用25
1.3紫外光譜28
1.3.1紫外光譜基本原理29
1.3.2分子軌道和電子躍遷30
1.3.3影響紫外光譜的一些因素32
1.3.4紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)38
1.3.5紫外吸收光譜在高分子材料研究中的應(yīng)用44
1.4熒光光譜46
1.4.1熒光光譜基本原理與方法47
1.4.2分子熒光光譜儀49
1.4.3分子熒光光譜的定量分析53
1.4.4影響熒光光譜強(qiáng)度的因素54
1.4.5分子熒光光譜在高分子材料分析中的應(yīng)用55
1.5質(zhì)譜法57
1.5.1質(zhì)譜儀57
1.5.2質(zhì)譜圖及其應(yīng)用58
1.5.3有機(jī)化合物的斷裂方式60
1.5.4質(zhì)譜法的應(yīng)用61
1.6氣相色譜法62
1.6.1氣相色譜儀62
1.6.2氣相色譜分離原理63
1.6.3氣相色譜固定相66
1.6.4氣相色譜分離條件的選擇67
1.6.5定性分析69
1.6.6定量分析70
1.6.7毛細(xì)管氣相色譜法72
1.6.8裂解氣相色譜分析72
1.6.9氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC/MS）73
1.7核磁共振波譜法73
1.7.1核磁共振基本原理74
1.7.2核磁共振波譜儀76
1.7.31H-核磁共振波譜77
1.7.413C-核磁共振波譜81
1.7.5核磁共振波譜法的應(yīng)用82
1.8毛細(xì)管電泳84
1.8.1毛細(xì)管電泳分類(lèi)及特點(diǎn)84
1.8.2毛細(xì)管電泳儀87
1.8.3毛細(xì)管凝膠電泳基本原理87
1.8.4毛細(xì)管凝膠電泳在高分子材料分析中的應(yīng)用88
1.9X射線分析89
1.9.1X射線概述89
1.9.2X射線衍射分析90
1.9.3小角X射線散射97
1.10X射線光電子能譜法99
1.10.1X射線光電子能譜的基本原理100
1.10.2實(shí)驗(yàn)技術(shù)101
1.10.3XPS在高分子研究中的應(yīng)用102
參考文獻(xiàn)104
第2章分子量與分子量分布的測(cè)定106
2.1聚合物分子量及分子量分布的表示106
2.1.1分子量的統(tǒng)計(jì)意義106
2.1.2聚合物分子量分布的表示方法107
2.1.3聚合物分子量與分子量分布的測(cè)定方法107
2.2數(shù)均分子量的測(cè)定108
2.2.1端基分析法108
2.2.2沸點(diǎn)升高法和冰點(diǎn)降低法109
2.2.3蒸氣壓下降法110
2.2.4膜滲透壓法110
2.3光散射法測(cè)量重均分子量112
2.3.1基本原理112
2.3.2實(shí)驗(yàn)技術(shù)115
2.4黏度法測(cè)定聚合物的黏均分子量116
2.4.1黏度的定義116
2.4.2特性黏度與分子量的關(guān)系117
2.4.3特性黏度的測(cè)定118
2.4.4聚電解質(zhì)溶液的黏度120
2.4.5支化高分子的黏度120
2.5凝膠滲透色譜法測(cè)定聚合物分子量與分子量分布120
2.5.1概述120
2.5.2工作流程與原理120
2.5.3GPC的應(yīng)用舉例122
參考文獻(xiàn)122
第3章形態(tài)與形貌表征123
3.1掃描電子顯微鏡123
3.1.1掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與工作原理124
3.1.2掃描電子顯微鏡高分子材料樣品的制備方法125
3.1.3掃描電子顯微鏡在高分子材料研究中的應(yīng)用125
3.1.4場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡128
3.1.5低真空掃描電子顯微鏡與環(huán)境掃描電子顯微鏡128
3.2透射電子顯微鏡129
3.2.1透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與工作原理129
3.2.2透射電子顯微鏡高分子材料樣品的制備方法131
3.2.3透射電子顯微鏡在高分子材料研究中的應(yīng)用132
3.3掃描探針顯微鏡136
3.3.1掃描隧道顯微鏡136
3.3.2原子力顯微鏡138
3.4偏光顯微鏡146
3.4.1偏光顯微鏡的基本原理147
3.4.2偏光顯微鏡的制樣方法148
3.4.3偏光顯微鏡的高分子材料研究中的應(yīng)用148
3.5比表面積及孔度分析152
3.5.1概述152
3.5.2比表面積的測(cè)定153
3.5.3孔徑分布測(cè)定的原理155
3.5.4ASAP2020比表面及孔隙度分析儀155
3.5.5測(cè)定實(shí)例156
3.6激光衍射粒度分析儀157
3.6.1基本原理158
3.6.2儀器結(jié)構(gòu)與組成159
3.6.3激光衍射粒度分析儀在高分子材料中的應(yīng)用160
參考文獻(xiàn)161
第4章熱分析技術(shù)163
4.1熱重分析法163
4.1.1熱重分析原理164
4.1.2熱重分析裝置164
4.1.3影響熱重分析的因素165
4.1.4熱重分析在高分子材料分析測(cè)試中的應(yīng)用166
4.2差熱分析法168
4.2.1差熱分析原理168
4.2.2差熱分析裝置169
4.2.3影響差熱分析的因素170
4.2.4差熱分析在高分子材料分析測(cè)試中的應(yīng)用171
4.3差示掃描量熱法172
4.3.1差示掃描量熱原理172
4.3.2差示掃描量熱裝置174
4.3.3差示掃描量熱法在高分子材料分析測(cè)試中的應(yīng)用174
4.4熱機(jī)械分析176
4.4.1靜態(tài)熱機(jī)械分析法176
4.4.2動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析176
4.4.3熱機(jī)械分析儀177
4.4.4熱機(jī)械分析的應(yīng)用178
參考文獻(xiàn)179
第5章流變性研究180
5.1聚合物的流變性180
5.1.1聚合物流變行為的特性180
5.1.2聚合物黏性流動(dòng)中奇異的彈性現(xiàn)象181
5.1.3聚合物熔體的流動(dòng)曲線182
5.1.4影響聚合物熔體剪切黏度的因素183
5.1.5拉伸流動(dòng)與拉伸黏度185
5.2聚合物熔體切黏度的測(cè)定186
5.2.1落球黏度計(jì)186
5.2.2毛細(xì)管流變儀187
5.2.3旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)189
5.2.4熔融指數(shù)儀與門(mén)尼黏度計(jì)192
參考文獻(xiàn)195
第6章力學(xué)性能測(cè)定196
6.1聚合物材料的拉伸性能196
6.1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線196
6.1.2影響聚合物拉伸強(qiáng)度的因素197
6.1.3電子拉力試驗(yàn)機(jī)198
6.1.4拉伸實(shí)驗(yàn)的試樣準(zhǔn)備199
6.1.5拉伸性能測(cè)試的數(shù)據(jù)處理199
6.1.6聚合物材料的拉伸性能測(cè)試200
6.2聚合物材料的沖擊性能200
6.2.1懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)201
6.2.2沖擊實(shí)驗(yàn)的試樣準(zhǔn)備201
6.2.3抗沖擊性能測(cè)試的數(shù)據(jù)處理202
6.2.4聚合物材料的沖擊性能測(cè)試203
6.3聚合物材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能204
6.3.1高聚物的黏彈性204
6.3.2動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀206
6.3.3聚合物材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試206
6.4纖維的拉伸性能207
6.4.1纖維細(xì)度及拉伸性能指標(biāo)208
6.4.2常見(jiàn)纖維的拉伸曲線209
6.4.3拉伸斷裂機(jī)理及影響因素209
6.4.4纖維細(xì)度儀211
6.4.5纖維強(qiáng)伸度儀212
6.4.6纖維細(xì)度儀、強(qiáng)伸度儀在高分子纖維材料研究中的應(yīng)用213
參考文獻(xiàn)214
第7章吸附性能測(cè)定215
7.1原子吸收光譜215
7.1.1原子吸收光譜的基本原理215
7.1.2原子吸收光譜儀216
7.1.3原子吸收光譜在高分子材料吸附性能研究中的應(yīng)用220
7.2電感耦合等離子體發(fā)射光譜221
7.2.1電感耦合等離子體發(fā)射光譜的基本原理221
7.2.2電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀221
7.2.3電感耦合等離子體發(fā)射光譜在高分子材料研究中的應(yīng)用223
參考文獻(xiàn)225
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