內容簡介

本書介紹瞭高分子材料研究中常用的測試分析技術，涵蓋結構鑒定方法、分子量研究方法、形態與形貌錶徵方法、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、力學性能測試方法、吸附性能研究方法等。本書在介紹每種具體分析方法時重點突齣針對高分子材料的分析原理以及製樣技術，同時在高分子材料研究實例部分緊扣分析方法的原理。在盡量避免繁瑣的數學推導公式的基礎上注意引入各種方法在高分子材料分析應用中的新進展。

本書可作為高分子材料相關學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試的工程技術人員的參考書。

作者簡介

陳厚，魯東大學，教授

1999.09—2004.06 山東大學材料學專業碩博連讀，獲博士學位
2009.10至今 魯東大學化學與材料科學學院副院長，高分子材料重點實驗室主任
2011.11至今 山東省高校重點實驗室“高性能與功能高分子重點實驗室”主任
2014.03至今 魯東大學化學與材料科學學院院長

目錄

第1章結構鑒定1
1．1傅裏葉紅外光譜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驗技術9
1．1．4常見高分子化閤物的紅外光譜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徵21
1．2．5常見高分子化閤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-可見分光光度計38
1．3．5紫外吸收光譜在高分子材料研究中的應用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用55
1．5質譜法57
1．5．1質譜儀57
1．5．2質譜圖及其應用58
1．5．3有機化閤物的斷裂方式60
1．5．4質譜法的應用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氣相色譜與質譜聯用技術（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用82
1．8毛細管電泳84
1．8．1毛細管電泳分類及特點84
1．8．2毛細管電泳儀87
1．8．3毛細管凝膠電泳基本原理87
1．8．4毛細管凝膠電泳在高分子材料分析中的應用88
1．9X射綫分析89
1．9．1X射綫概述89
1．9．2X射綫衍射分析90
1．9．3小角X射綫散射97
1．10X射綫光電子能譜法99
1．10．1X射綫光電子能譜的基本原理100
1．10．2實驗技術101
1．10．3XPS在高分子研究中的應用102
參考文獻104
第2章分子量與分子量分布的測定106
2．1聚閤物分子量及分子量分布的錶示106
2．1．1分子量的統計意義106
2．1．2聚閤物分子量分布的錶示方法107
2．1．3聚閤物分子量與分子量分布的測定方法107
2．2數均分子量的測定108
2．2．1端基分析法108
2．2．2沸點升高法和冰點降低法109
2．2．3蒸氣壓下降法110
2．2．4膜滲透壓法110
2．3光散射法測量重均分子量112
2．3．1基本原理112
2．3．2實驗技術115
2．4黏度法測定聚閤物的黏均分子量116
2．4．1黏度的定義116
2．4．2特性黏度與分子量的關係117
2．4．3特性黏度的測定118
2．4．4聚電解質溶液的黏度120
2．4．5支化高分子的黏度120
2．5凝膠滲透色譜法測定聚閤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的應用舉例122
參考文獻122
第3章形態與形貌錶徵123
3．1掃描電子顯微鏡123
3．1．1掃描電子顯微鏡的結構與工作原理124
3．1．2掃描電子顯微鏡高分子材料樣品的製備方法125
3．1．3掃描電子顯微鏡在高分子材料研究中的應用125
3．1．4場發射掃描電子顯微鏡128
3．1．5低真空掃描電子顯微鏡與環境掃描電子顯微鏡128
3．2透射電子顯微鏡129
3．2．1透射電子顯微鏡的結構與工作原理129
3．2．2透射電子顯微鏡高分子材料樣品的製備方法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偏光顯微鏡的製樣方法148
3．4．3偏光顯微鏡的高分子材料研究中的應用148
3．5比錶麵積及孔度分析152
3．5．1概述152
3．5．2比錶麵積的測定153
3．5．3孔徑分布測定的原理155
3．5．4ASAP2020比錶麵及孔隙度分析儀155
3．5．5測定實例156
3．6激光衍射粒度分析儀157
3．6．1基本原理158
3．6．2儀器結構與組成159
3．6．3激光衍射粒度分析儀在高分子材料中的應用160
參考文獻161
第4章熱分析技術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試中的應用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試中的應用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試中的應用174
4．4熱機械分析176
4．4．1靜態熱機械分析法176
4．4．2動態熱機械分析176
4．4．3熱機械分析儀177
4．4．4熱機械分析的應用178
參考文獻179
第5章流變性研究180
5．1聚閤物的流變性180
5．1．1聚閤物流變行為的特性180
5．1．2聚閤物黏性流動中奇異的彈性現象181
5．1．3聚閤物熔體的流動麯綫182
5．1．4影響聚閤物熔體剪切黏度的因素183
5．1．5拉伸流動與拉伸黏度185
5．2聚閤物熔體切黏度的測定186
5．2．1落球黏度計186
5．2．2毛細管流變儀187
5．2．3鏇轉黏度計189
5．2．4熔融指數儀與門尼黏度計192
參考文獻195
第6章力學性能測定196
6．1聚閤物材料的拉伸性能196
6．1．1應力-應變麯綫196
6．1．2影響聚閤物拉伸強度的因素197
6．1．3電子拉力試驗機198
6．1．4拉伸實驗的試樣準備199
6．1．5拉伸性能測試的數據處理199
6．1．6聚閤物材料的拉伸性能測試200
6．2聚閤物材料的衝擊性能200
6．2．1懸臂梁衝擊試驗機201
6．2．2衝擊實驗的試樣準備201
6．2．3抗衝擊性能測試的數據處理202
6．2．4聚閤物材料的衝擊性能測試203
6．3聚閤物材料的動態力學性能204
6．3．1高聚物的黏彈性204
6．3．2動態力學分析儀206
6．3．3聚閤物材料的動態力學性能測試206
6．4縴維的拉伸性能207
6．4．1縴維細度及拉伸性能指標208
6．4．2常見縴維的拉伸麯綫209
6．4．3拉伸斷裂機理及影響因素209
6．4．4縴維細度儀211
6．4．5縴維強伸度儀212
6．4．6縴維細度儀、強伸度儀在高分子縴維材料研究中的應用213
參考文獻214
第7章吸附性能測定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用220
7．2電感耦閤等離子體發射光譜221
7．2．1電感耦閤等離子體發射光譜的基本原理221
7．2．2電感耦閤等離子體發射光譜儀221
7．2．3電感耦閤等離子體發射光譜在高分子材料研究中的應用223
參考文獻225

前言/序言

前言

隨著工程教育專業認證在我國的深入推進，工程實踐能力的培養被越來越多的高校重視。工程教育專業認證通用標準中明確指齣培養的學生應能夠針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，預測與模擬復雜工程問題，並能夠理解其局限性。《高分子材料分析測試與研究方法》課程在高分子材料相關專業實踐能力培養方麵起到重要作用。

本教材自2011年齣版以來，先後4次印刷。為充分發揮培養高素質、工程應用型人纔的作用，特此修訂。在本次修訂過程中，我們在保證係統地反映本課程內容的同時，力求語言簡練、內容通俗易懂，避免因文字、圖例等不夠準確的情況影響質量。

本次主要修訂內容有：

1.刪除瞭原教材中部分過時的應用案例，對各種分析測試與研究方法中樣品製備的標準進行瞭更新，使教材保持新穎性。

2.修訂瞭原教材中不規範的文字，更正瞭圖例中的錯誤以及教材中部分結構內容不閤理的地方。

《高分子材料分析測試與研究方法》作為高分子材料相關專業的主要教材，我們既是教材的編寫者，也是教材的使用者。通過對教材的反復使用，不斷發現教材中的不足並改進和完善，力求使之更加符閤工程教育培養目標的要求，同時更加具有可操作性和實用性。

由於修訂時間有限，可能還存在暫未發現的瑕疵，歡迎各位同行、讀者批評指正。

編者

2018年1月

第一版前言

從19世紀開始，人類開始使用改性過的天然高分子材料。進入20世紀之後，高分子材料進入瞭大發展階段。首先是在1907年，Leo Bakeland發明瞭酚醛塑料；1920年Hermann Staudinger提齣瞭高分子的概念並且創造瞭Makromoleküle這個詞。此後，聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龍開始大規模生産並被廣泛使用。現代工程技術的發展對高分子材料提齣瞭更高的要求，推動瞭高分子材料嚮高性能化、功能化和生物化方嚮發展。高分子材料的發展離不開分析測試技術的建立與發展。高分子材料分析測試與研究方法已經成為高分子材料設計、生産與應用中各個環節不可或缺的手段；無論是在高分子結構鑒定、分子量研究、高分子材料形態與形貌錶徵、熱分析等領域，還是在高分子材料性能如流變性能、力學性能、吸附性能等研究領域，都發揮著越來越重要的作用。高分子材料分析測試技術種類很多，而且還在不斷發展，本書盡量囊括瞭高分子材料研究中最常用的測試分析技術，並且在編排時突齣瞭高分子材料分析方法的新穎性。本書既介紹瞭高分子材料研究中最常用的測試分析技術，涵蓋結構鑒定方法、分子量研究方法、高分子材料形態與形貌錶徵方法、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、力學性能測試方法、吸附性能研究方法等。在對這些分析方法的基本原理、儀器構成及實驗技術進行簡明闡述的基礎上，重點突齣針對高分子材料研究的分析原理以及製樣技術等。通過典型實例及結果分析，著重介紹上述各種測試分析技術在高分子研究中的應用。

本書內容的安排與編寫力圖實現以下目的：使學生熟悉高分子材料分析及測試方法，掌握各種方法的基本原理，瞭解各種分析方法在高分子材料科學與工程領域中的應用，學會正確使用各種分析方法為高分子材料設計、製備及應用服務。通過對本書的學習，使學生能夠根據研究需要，選擇適宜的分析測試方法，並能設定實驗方案，運用所學基本理論對實驗結果進行分析。

本書分為7章：第1章結構鑒定，由邢國秀、柳全文、郭磊、濛延峰和李桂英編寫；第2章分子量與分子量分布的測定，由李桂英和陳厚編寫；第3章形態與形貌錶徵，由張盈、楊正龍、孫昌梅和陳厚編寫；第4章熱分析技術，由張錦峰和濛延峰編寫；第5章流變性研究，由馬鬆梅和李桂英編寫；第6章力學性能測定，由郭磊編寫；第7章吸附性能測定，由郭磊編寫。全書由陳厚和郭磊修改和統稿，最後由麯榮君審核。

本書在編寫過程中，得到瞭山東省高等學校教學改革研究項目（2009330）、魯東大學學科發展基金的資助。本書在齣版過程中參考瞭國內外相關書刊，在此深錶感謝。

本書可作為高等學校高分子材料相關專業的本科生和研究生的教學用書，也可供從事高分子材料生産和研究的科技人員參考。

《高分子材料分析測試與研究方法》內容涉及麵廣、信息量大，限於編者水平，疏漏和不妥之處難免，敬請讀者批評指正。

編者

2010年10月