Optinė mikroskopija polimerų kristalinei morfologijai stebėti
Poliarizuotos šviesos mikroskopo sandara ir principas, poliarizuotos šviesos mikroskopo panaudojimas.
Polimeriniai sferulitai buvo paruošti lydymosi metodu, stebima skirtingose kristalizacijos temperatūrose gautų sferulitų morfologija, išmatuotas polimerinių sferulitų spindulys.
Kristalai ir amorfiniai yra dvi pagrindinės polimerų agregatų formos, todėl daugelis polimerų gali kristalizuotis. Praktinės kristalinių polimerinių medžiagų savybės (pvz., optinis skaidrumas, atsparumas smūgiams ir kt.) yra glaudžiai susijusios su kristaline morfologija, grūdelių dydžiu ir tobulumo laipsniu medžiagos viduje. Todėl polimero kristalų morfologijos tyrimas turi svarbią teorinę ir praktinę reikšmę. Polimerai skirtingomis sąlygomis formuoja skirtingus kristalus, tokius kaip pavieniai kristalai, sferulitai, pluošto kristalai ir tt Kai polimeras atšaldomas iš išlydytos būsenos, daugiausia susidaro sferulitai, o tai yra labiausiai paplitusi polimero kristalizacijos forma. Našumas turi didelę įtaką.
Sferulitai pavadinti po to, kai kristalo branduolys auga radialiai ir sudaro sferinę formą, kuri yra „trimatė struktūra“. Tačiau jį taip pat galima vertinti kaip disko formos „dvimatę struktūrą“ itin ploname bandinyje, o sferulitas yra daugiakampis. Vienetinė ląstelė sudaryta iš molekulinių grandinių, vienetinių elementų krūva sudaro plokštelę, plokštelių krūva sudaro mikropluošto pluoštą, o mikropluošto pluoštas auga išilgai radialine kryptimi, sudarydamas sferulitą. Tarp plokštelių yra kristalų defektų, o tarp mikropluošto pluoštų yra amorfinių intarpų. Sferulitų dydis priklauso nuo polimero molekulinės struktūros ir kristalizacijos sąlygų. Todėl sferulitų dydis labai skiriasi priklausomai nuo polimero tipo ir kristalizacijos sąlygų. Skersmuo gali svyruoti nuo mikrometrų iki milimetrų arba net iki centimetrų. Sferulitai yra išsklaidyti amorfiniame polimere. Paprastai tariant, amorfinė yra ištisinė fazė, o sferulitų periferijos gali susikirsti ir sudaryti netaisyklingą daugiakampį. Sferulitai turi optinę anizotropiją ir laužia šviesą, todėl juos galima stebėti poliarizuojančiu mikroskopu. Polimeriniai sferulitai turi būdingą juodą kryžminio išnykimo vaizdą tarp poliarizuojančio mikroskopo sukryžiuotų poliarizatorių. Kai kai kurie polimerai sudaro sferulitus, spiralinis plokštelės iškraipymas, kai jis auga išilgai spindulio, leidžia matyti koncentrinius išnykimo vaizdus poliarizaciniame mikroskopu.
Optimali poliarizuotos šviesos mikroskopo skiriamoji geba yra 200 nm, o efektyvus padidinimas viršija 500–1000 kartų. Kartu su elektroniniu mikroskopu ir rentgeno spindulių difrakcijos metodu jis gali suteikti išsamesnės informacijos apie kristalų struktūrą.
Šviesa yra elektromagnetinė banga arba skersinė banga, kurios sklidimo kryptis yra statmena vibracijos krypčiai. Tačiau natūraliai šviesai jos vibracijos kryptys pasiskirsto tolygiai ir jokia kryptis nevyrauja. Tačiau po atspindžio, lūžio ar selektyvios sugerties natūrali šviesa gali būti paversta šviesos bangomis, kurios vibruoja tik viena kryptimi, būtent poliarizuota šviesa. Natūralios šviesos spindulys praeina per du poliarizatorius. Jei dvi poliarizacijos ašys yra statmenos viena kitai, šviesa negali praeiti. Šviesos bangai sklindant anizotropinėje terpėje, jos sklidimo greitis kinta priklausomai nuo virpesių krypties, atitinkamai keičiasi ir lūžio rodiklio reikšmė. Paprastai atsiranda dvigubas lūžis ir jis suskaidomas į dvi dalis su viena kitai statmenomis virpesių kryptimis, skirtingu sklidimo greičiu ir skirtingais lūžio rodikliais. poliarizuotos šviesos juostos. Kai dvi poliarizuotos šviesos praeina per antrąjį poliarizatorių, gali praeiti tik šviesa lygiagrečia antrajai poliarizacijos ašiai. Dvi artimosios šviesos trukdys dėl optinio kelio skirtumo.
Stebint kryžminiu poliarizaciniu mikroskopu, amorfinis polimeras neturi dvigubo lūžio dėl savo izotropijos, šviesą blokuoja ortogoninis poliarizatorius, o matymo laukas yra tamsus. Sferulitai parodys unikalų juodojo kryžiaus išnykimo reiškinį, o dvi juodojo kryžiaus rankos yra lygiagrečios dviejų poliarizacijos ašių kryptimis. Išskyrus poliarizatoriaus vibracijos kryptį, likusi šviesos dalis atsiranda dėl lūžio. Figūros 2-7 yra izotaktinio polipropileno sferulitų nuotraukos.
Poliarizuotos šviesos sąlygomis taip pat galima stebėti kristalų morfologiją, nustatyti kristalitų dydį ir ištirti kristalų pleochroizmą.
1) Nupjaukite nedidelį polipropileno plėvelės gabalėlį arba 1/5–1/4 granulės, padėkite ant švaraus stiklelio, laikykite toliau nuo stiklelio krašto ir uždenkite mėginį dengiamuoju stiklu.
2) Įkaitinkite tabletės presą iki 24{5}} laipsnių, išlydykite polipropileno mėginį ant kaitvietės (pavyzdys yra visiškai skaidrus), paspauskite, kad susidarytų plėvelė 2 minutes, tada greitai perkelkite į 50 laipsnių karštį. etapą jį kristalizuoti. Tie patys mėginiai buvo kristalizuoti 100 laipsnių ir 0 laipsnių po lydymosi.
2) Sureguliuokite mikroskopą
1) Prieš 10 minučių įjunkite gyvsidabrio lanko lempą, kad gautumėte stabilų šviesos intensyvumą, ir įdėkite monochromatinį filtrą.
2) Nuimkite mikroskopo okuliarą ir padėkite poliarizatorių bei analizatorių 90 laipsnių kampu. Žiūrėdami į mikroskopo vamzdelį, sureguliuokite lempos ir veidrodžio padėtį ir, jei reikia, sureguliuokite analizatorių, kad būtų pasiektas visiškas užgesimas (matymo laukas būtų kuo tamsesnis).
3) Išmatuokite sferulito skersmenį
Polimerinių kristalų dribsniai stebimi stačiakampiu mikroskopu, o sferulitų skersmuo matuojamas mikroskopo okuliaro skale. Nustatymo etapai yra tokie:
1) Įkiškite okuliarą su graduota liniuote į objektyvo cilindrą, o scenos mikroliniuotę padėkite ant scenos taip, kad žiūrėjimo zonoje būtų galima matyti dvi liniuotes vienu metu.
2) Sureguliuokite židinio nuotolį taip, kad dvi kojos būtų išdėstytos lygiagrečiai, skalė būtų aiški, du nuliniai taškai sutaptų vienas su kitu ir būtų galima apskaičiuoti okuliaro skalės reikšmę.
3) Nuimkite scenos mikro liniuotę, padėkite numatytą mėginį scenos regėjimo lauko centre, stebėkite ir užfiksuokite kristalo formą, okuliaro skalėje perskaitykite sferulito skalę ir tada apskaičiuokite sferulito skersmenį.
