Рентгеноструктурный анализ. (Рентгенография)

Метод исследования структуры веществ с помощью дифракции рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи – электромагнитное излучение ив диапазоне коротких длин волн 0,5-1 А. При попадании на образец пучка лучей вследствие рассеяния на атомах возникает дифракция, зетем лучи попадают на фотопленку. Вследствие упорядоченного расположения центров рассеяния картинка на пленке также обладает определенным порядком, изучая который (расшифровывая рентгенограммы) можно получить информацию о структуре веществ. Аморфные вещества дают только расплывчатое гало – однородное потемнение в виде кольца на рентгенограмме.

В основе анализа рентгенограмм лежит условие Брегга- Вульфа, которое определяет возможные направления максимумов интенсивности рассеянного на кристалле рентгеновского излученяи при дифракции рентгеновских лучей. Если кристалл рассматривать как совокупность параллельных плоскостей. отстоящих друг от друга на расстояние d, то дифракцию излучения можно представить как отражение от системы таких плоскостей. Максимумы интенсивности возникают при этом только в тех направлениях, в которых все отраженные плоскостями волны находятся в одной фазе, т.е. под такими углами 2ζ к направлению первичного луча, для которых выполняется условие – разност хода между двумя лучами, отраженными от соседних плоскостей равная 2d sinζ, должна быть кратной целому числу длин волн λ:

2d sinζ=mλ

m- целое число (порядок отражения).

Формула Брега-Вульфа позволяет определить межплоскостные расстояния d поскольку λ обычно известно, а угол ζ можно измерить экспериментально.

При рентгенографии неориентированных образцов каждый рефлекс (потемнение на фотопленке) имеет вид кольца. Такого рода рентгенограммы называют дебаеграммами. Каждому рефлексу соответствует система параллельных плоскостей, расположенных определенным образом в кристаллите.

В ориентированных кристаллических образцах, обладающих определенной текстурой, появляются картинки называемые текстуро рентгенограммами, состоящие из ряда точек, расположенных по кругам вокруг одного центра – оси направления первичного рентгеновского луча. Основная область Р.А. – изучение строения кристаллов, находят длины связей, углы между ними, определяют конформацию макромолекул и их упаковку в кристалле. Данные Р.А. используют для идентификации кристаллических полимеров, оценки степени кристалличности, для определения размеров кристаллитов и степени порядка внутри их. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей находит широкое применение для изучения элементов надмолекулярной структуры. Для изучения низкомолекулярных веществ лучше всего использовать монокристаллы; тогда на рентгенограмме получают множество отдельных точечных рефлексов, расшифровывая которые получают полную картину строения кристалла. Монокристаллов полимеров обычно нет, кристаллиты расположены зачастую хаотично в аморфной фазе. Расшифровка таких рентгенограмм сложна, поэтому рекомендуется подвергать образцы полимеров перед исследованиями одноосной ориентации, в этом случае кристаллиты будут обладать осевой или плоскостной текстурой и расшифровка рентгенограмм упрощается. Для повышения степени кристалличности и увеличения размера кристаллитов образцы полимеров дополнительно подвергают отжигу.

Расшифровка рентгенограмм.

Сначала определяют направление дифрагированных пучков (рефлексов) По расстоянию между линиями на текстурограмме определяется длина той оси элементарной ячейки, которая направлена вдоль оси текстуры. Поскольку в этом направлении при ориентации направлена обычно ось макромолекулы, то таким образом определяется длина повторяющегося звена макромолекулы – период идентичности. Изучая расположение всех рефлексов вдоль слоевых линий, определяют остальные размеры элементарной ячейки.

Исходя из размеров элементарной ячейки и числа звеньев, приходящихся на одну ячейку, находят плотность кристаллитов. Эта плотность всегда выше плотности аморфной фазы, так в ПЭТФ плотность аморфной фазы 1340, а плотность кристаллитов 1455 кг/м3.

На втором этапе оценивают интенсивность рефлексов. Используя разные методы оценки интенсивности, в том числе Фурье-анализ определяют координаты отдельных атомов в элементарной ячейке.

Изучение ориентации. Рентгенографический метод оценки ориентации основан на том, что при ориентации происходит переход от дебаеграммы к терстурограмме – кольца стягиваются в дуги затем концентрируются в точечные рефлексы. Чем длиннее дуга, тем меньше ориентация. Для количественно определения степени ориентации лучше использовать меридианольные дуги, поскольку они характеризуют ориентацию кристаллитов. Однако это сложно и чаще используют экваториальные рефлексы (дуги). Например, определяют угол между экватором и точкой на рефлексе, где его плотность в два раза ниже, чем на экваторе.

Определение степени кристалличности.

Основная использованная л итература.

1.Малкин А.Я., Аскадский А.А., Коврига В.В. Методы измерения механических свойств полимеров. М., Химия, 1978.

2.Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров,М., Химия, 1973

3.Лущейкин Г.А. Методы исследования электрических свойств полимеров. М.,Химия, 1988.

4. Казарновский Д.М., Тареев Б.М.. Испытания электроизоляционных материалов. Л.,Энергия, 1969.

5.Ермолов И.Н., Останин Ю.Я.Методы и средства неразрушающего контроля качества. М.,ВШ, 1988.

6.Потапов А.И. Контроль качества и прогнозирование надежности конструкций из композиционных материалов. Л.1980.

7. Потапов А.И., Петкер Ф.П. Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов. Л.,1977.

8. Ермолов И.Н. Теория и практика УЗ контроля. М., 1981.

Дата добавления: 2014-01-04