基于广角X射线散射技术的竹材纤维素晶型研究

纤维素Ⅰ是自然界中纤维素晶体的主要存在形式,它具有三斜晶体结构的I_α和单斜晶体结构的I_β。为进一步研究竹材中的纤维素晶型,利用同步辐射广角X射线散射(SR—WAXS)技术对毛竹竹壁纤维素晶型进行了初步研究,通过已知的纤维素晶胞模型计算晶面间距并预测衍射峰的峰位,再根据实验所得的实际峰位,判定竹材中纤维素的晶型。结果表明,竹材的衍射峰位与纤维素I_α的理论计算值相近,证明竹材中的纤维素I_β是绝大多数甚至是唯一品型。相比核磁共振技术而言,利用同步辐射广角X射线散射研究竹材中纤维素晶型是一个较为简单的方法。

同步辐射小角X射线散射及其在材料研究中的应用

小角X射线散射(small angle X-ray scattering,SAXS)是研究物质内部一纳米到数百纳米甚至到微米尺度级别微观结构的有力工具。近年来随着我国同步辐射技术的不断发展,同步辐射SAXS技术被越来越多地应用到各种材料的研究领域。然而,由于SAXS图谱是倒空间的信号,并不像显微镜那么直观,也不如X射线衍射(XRD)那么被大家所熟知。简要介绍了SAXS的基本原理(稀疏体系、稠密体系),简短回顾了我国同步辐射小角散射线站的发展和进步。主要介绍了最近十余年基于同步辐射SAXS原位实时检测技术在高分子材料成型加工(结晶、取向性、周期性),原位SAXS和反常SAXS技术在合金相析出(成分、团簇尺寸),以及掠入射X射线散射在介孔薄膜(区域尺寸、位错因子)和有机光伏薄膜等领域中的典型应用,并展望了同步辐射SAXS技术的发展趋势及其在材料领域的应用前景。

基于同步辐射X射线散射技术的钙钛矿半导体结晶原位研究

有机-无机杂化钙钛矿具有带隙连续可调、可低成本溶液加工、电荷传输性能优异等优点,其太阳电池光电转化效率在短短十年间已经超过25%。然而,目前人们对高品质钙钛矿薄膜制备过程中的结晶行为认识不足,高质量晶体可控制备存在巨大挑战,阻碍了钙钛矿光伏的产业化发展。基于同步辐射X射线散射技术,作者团队系统地研究了三维有机-无机杂化钙钛矿MAPbI_(3)和FAPbI_(3)、二维有机-无机杂化钙钛矿Ruddlesden-Popper(RP)型(BA)_(2)(MA)_(3)Pb_(4)I_(13)和层间阳离子交替(ACI)型(GA)(MA)_(3)Pb_(3)I_(10)、以及全无机钙钛矿CsPbI_(2)Br5种体系的成膜结晶动力学过程,揭示了钙钛矿结晶原位生长过程的相变机制和各种相的演变动力学,对相应的观测方法、研究成果进行了总结评述,希望促进钙钛矿结晶动力学机制方面的原创性研究,推动钙钛矿光电技术的发展。

利用小角/广角X射线散射联用及一维相关函数分析研究聚(ε-己内酯)片晶的形态

用小角/广角X射线散射(SAXS/WAXS)联用的实验方法考察了等温结晶温度(Tc)和等温时间对聚(ε-己内酯)(PCL)片晶形态的影响.根据WAXS数据计算了PCL的重量结晶度,进而求得其体积结晶度Vc(WAXS).在不同Tc下结晶的PCL样品的Vc(WAXS)均略高于50%.对SAXS谱线做一维相关函数(1DCF)分析,得到了PCL的片晶长周期(LP)和无定形层厚度(La).通过比较WAXS及SAXS的数据分析结果,认为PCL晶体需用"三相模型"予以描述,其过渡层厚度(E)约为LP的15%～18%,对片晶形态具有重要影响.随着Tc升高,PCL晶体的Lc、La及E均逐渐增大,但Lc的变化率最大,这使得结晶度上升.在50℃等温结晶不同时间,发现Lc随延长时间显著增加,而La及E则不断减小.等温10天后,PCL晶体的SAXS谱线上可观察到5级散射,表明片晶相当完善.

高聚物黏结剂对HMX相变行为的影响

为了探究高聚物黏结剂对奥克托今(HMX)相变行为的影响,使用压装成型工艺制备了含聚酯型聚氨酯(HMX⁃Estane)、氟橡胶(HMX⁃F_(2314))、硝化纤维素(HMX⁃F_(2314)⁃NC)的HMX基高聚物黏结炸药以及纯HMX药柱,利用原位变温X射线广角散射(WAXS)技术和差示扫描量热法,研究了热刺激下样品中HMX的相变行为和机制。WAXS结果表明,HMX⁃Estane(95∶5)、HMX药柱、HMX⁃F_(2314)(95∶5)、HMX⁃F_(2314)⁃NC(95∶3∶2)的相变起始温度(T_(i))分别为186℃、188℃、192℃、198℃。相比于HMX药柱,黏结剂中加入少量的NC(2%),T_(i)可提升10℃。真空条件下,4种样品从高温δ相降温至100℃保温,只有HMX⁃Estane发生了δ→β逆相变且在3.5 h内δ相全部转变为β相,而其他样品均未发生相变,仍为δ相。β⁃HMX在HMX⁃Estane界面位置的溶解(升温过程)和析出(降温过程)可能是促进HMX⁃Estane发生β→δ相变,及其逆相变的主要因素。

基于SR-WAXS技术的竹材纤维素晶胞模型研究

竹材中纤维素聚集态结构的不同,将直接影响到竹纤维复合材料性能,对于竹材纤维素晶胞单元的认识主要基于Meyer-Misch模型,由于天然纤维素的同质异构体,在每种植物中存在比例不同,所以竹材中纤维素应有其特有的晶胞模型。以毛竹(Phyllostachys edulis(carriere)J.Houz)为研究对象,通过同步辐射广角X射线散射技术对毛竹纤维素晶胞模型进行研究,利用单斜晶系晶面间距公式与毛竹纤维素衍射峰,精确计算晶胞模型。结果显示,若以b轴为纤维轴的单斜晶系纤维素单元,则晶胞参数为:a=8.35,b=10.38,c=8.02,β=84.99°,该晶胞包含四个葡萄糖基,由两条反向平行分子链构成。研究结果可为开发制作高性能竹纤维复合材料等高附加值应用提供理论依据。

不同结晶形态聚乳酸单轴拉伸过程的WAXS研究

通过二维广角X射线散射对具有相同结晶度但不同结晶形态聚乳酸的单轴拉伸行为进行了研究。结果表明,较小的球晶和较薄的原始晶片有利于应力诱导熔融,可使对应样品达到更大的拉伸应变和更高的结晶取向度,此外,较高拉伸温度有利于初始晶片的破坏和纤维状晶体的形成。

同步X射线散射技术研究γ射线辐照后PTFE的结构变化

利用γ射线辐照聚四氟乙烯(PTFE),用差示扫描量热法结合同步辐射小角X射线散射技术和广角散射技术研究辐照PTFE的结构变化。研究了辐照PTFE的颗粒尺寸、结晶度、界面厚度层参数、致密程度随剂量的变化规律。结果表明:室温条件下,γ射线辐照的PTFE主要发生裂解。随剂量的增加,试样的熔点及结晶焓增加、颗粒尺寸变小,内部结构更致密,结晶度增加。辐照后PTFE的分形形貌差别不大,具有"自相似"性。

烧结工艺对聚四氟乙烯长丝力学性能的影响

采用差示扫描量热仪、小角/广角X射线散射仪、万能材料试验机等,研究了烧结过程中温度、时间及冷却方式对聚四氟乙烯(PTFE)长丝结构与力学性能的影响;进一步探究了长丝成型加工过程中拉伸比的影响。结果表明,烧结温度过低,结晶度较高,而烧结温度过高,材料过度烧结导致结晶度下降;断裂强力随温度升高呈现先上升后下降趋势,断裂伸长率明显降低。烧结时间不同,结晶度变化较小,但断裂强度和断裂伸长率均随时间延长而降低。退火制品结晶度高,拉伸强度大,断裂伸长率低;而淬火制品结晶度较低,力学性能较差。其次,随着拉伸比增加,结晶度降低,取向度提高,部分非晶态链沿拉伸轴定向排列,使得长丝断裂强力明显提高,断裂伸长率明显降低。

偏岭石与变高岭石微结构的区别

采用广角度 X射线衍射 -散射 ( WAXS)测试技术和由此得到的径向分布函数 ( RDF) ,研究了偏岭石与变高岭石的结构差异 .结果表明 ,变高岭石是由非晶相和少量结晶相物质组成的半晶物质 ,而偏岭石是由非晶相和中间序态组成的准晶物质 .虽然两者均以非晶质相为主 ,并具有相似的近程结构模型 ,但在非晶质相中近邻八面体的连结方式和近邻四面体的连结有序性方面仍存在较大差异 .此外 。

分子取向调控对有机太阳电池器件性能的提升

活性层形貌对有机太阳电池的器件效率有着重要的影响。调控活性层中的分子取向是优化其形貌的方式之一。本文旨在采用Layer-by-Layer(LbL)的方法调控有机太阳电池活性层中分子的取向,进而提升电池器件的效率。通过向电子受体中加入不同的添加剂实现活性层中受体分子(Y6)的取向调节,优化后器件的能量转换效率达到16.2%。利用椭圆偏振光谱和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)技术对活性层薄膜进行了表征,结果表明,向受体中加入1,8-二碘辛烷(DIO)作为添加剂后,活性层中的Y6分子倾向水平取向,向受体中加入氯萘(CN)作为添加剂后,Y6分子倾向于垂直取向。电学和光学表征结果表明,Y6的水平取向增加了器件内激子的分离效率,进而提升了器件的能量转换效率。