הקדמה: התפקיד הקריטי של סיווג בפולימר Composites

תרכובות פולימר הפכו הכרחיות על פני תעשיות החל ממכוניות ואווירקל לאלקטרוניקה לצרכנים ומכשירים ביו-רפואיים. על ידי שילוב מטריצה פולימר עם תוספים נבחרים בקפידה וממלאים, מהנדסים יכולים להתאים כוח מכני, יציבות תרמית, מוליכות חשמלית, תכונות מחסום, והלהבה מעכבת הרבה מעבר למה שהפולימרים המתוקנים יכולים להציע.

תוצאות חיפוש של X-Ray Diffraction

דיפרקציה רנטגן מבוססת על התערבות קונסטרוקטיבית של מונוכרומטי X-ray מפוזרים על ידי מטוסים אטומיים תקופתיים בתוך חומר גבישי. כאשר קרן של צילומי רנטגן מכה מדגם בזווית ⁇ , הקרניים משקפות מטוסים מקבילים של אטומים מעוקלים במרחק d. התערבות בונה מתרחשת רק כאשר ההבדל בין קרניים סמוכים הוא integer של גל מרובים של λ , הידוע משוואה: סגסוגת משביעת רצון טוב: משוואה: משוואה: פרדוקס ידוע.

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

על ידי סריקה של זווית האירוע על פני טווח, דפוס דיפרקציה הוא נרשם - סדרה של שיא במיקומים ספציפיים 2 ⁇ אשר עוצמת ורוחב encode מידע מבני.המיקומים של הפסגות לזהות את השלבים הקריסטליים הנוכחי (כל שלב יש קבוצה ייחודית של ד-spacings), בעוד אינטנסיביות גבוהה מתייחס לשפע היחסי של שלבים אלה ואת הכיוון המועדף של ניתוח גבישי (Squareusss) יכול לענות על גודל כפול של פולימרטומטית).

תוספות ומלאים בפולימר Composites: למה Crystallinity Matters

תוספות ומלאי מילוי משתרעים על מגוון עצום של כימאים, מורולוגיות, וגודלים. ימלאות גבישית משותפת כוללים:

  • (FLT:0Mineral FillersFLT:1 - טלק, סידן פחמן, קאולילין, mica ו-wollastonite משמשים נרחב כדי לשפר את הנוקשות, יציבות ממדית, וחסכוניות המבנה הקריסטל שלהם (למשל, טופס טריקליני השכב של טלק) משפיע ישירות על טיהור של גבישי פולימרנים.
  • (ב) ,0) ⁇ ו- silicatesFLT:1 ; פומפד סיליקה, אחליקה מחוסמת, ומונטמורניט (מחמד שכבתי) ניתן להתגלות כדי ליצור ננו-קומופלסטים עם מחסום משופר דרמטי ונכסים מכניים.
  • (FLT:0) ממלאי הקרבון מבוססי גרף 1 - Graphite, פחמן שחור, פחמן ננוtubes (CNTs), וגרף, בעוד גרפנטיט ופחמן שחור יש אזורי גביש מסודרים היטב, CNTs מציגים דפוסים שונים הקשורים למבנה הגרף הדומה של גרפיטי שלהם.
  • (FLT:0) מיטל תחמוצות וקרמיקה 1 (טיניום דו חמצני, תחמוצת אבץ, אלומיניום, ו barium titanate להוסיף פעילות photocatalytic, הגנה UV, או תכונות dielectric.שלב הקריסטל שלהם (אנאאז לעומת rutile עבור TiO2, לדוגמה) קובע ביצועים.
  • (בקיצור:0) חלקיקים (Nanoparticles) 1 (מתכת חלקיקים (silver, זהב) או אבני קוונטים דורשים לעתים קרובות XRD כדי לאשר גבישי, גודל, היעדר זיהומים חד-חמצני.

האופי הקריסטלי של ממלאי אלה משפיע לא רק על המאפיינים של המסובכים הסופיים, אלא גם על התנהגות עיבוד.לדוגמה, היחס הפן וההרגל הקריסטלי של טלק יכולים לשנות את זרימת ההיתוך והאוריינטציה.הדרגה של exfoliation של אחליקטים שכבתיים היא באופן שגרתי באמצעות XRD על ידי ניטור ההשמדה או שינוי של ההשתקפות הבסטלית.

XRD טכניקות עבור Polymer Composite Characterization

בהתאם למידע הנדרש, ניתן להשתמש בתצורה של XRD שונים:

נרחב X-Ray Diffraction (WAXD)

ידוע גם בשם אבקת XRD, WAXD מכסה 2 זוויות ⁇ מ -3 עד 80 מעלות.זה המצב הנפוץ ביותר עבור זיהוי שלב, מדידה גבישית, ואת גודל גבישי של estimation. עבור מרוקנים פולימרים פולימרים, WAXD מגלה את השיאים של הממלא וגם את השבר קריסטל של פולימר (אם סמיקליסטלליין).

X-Ray Scattering (SAXS) ו- Ultra-Small-Angle X-Ray Scattering (ארה"ב XS)

SAXS חוקרת קשקשים ארוכים יותר (1–100 nm) והוא חשוב במיוחד עבור לאפיין את הפיזור של חלקיקים, את החיתוך הבין-שכבת של חימר, ואת המבנה השבר של ממלאים. בפולימרובל-בולגרי nanocomposite, SAXS יכול לזהות אם השכבות נשארות ערימה כמו tactoids או כבר exfoliated לחלוטין כי SAS X הם לעתים קרובות שילוב של מכשירים משלימים.

דחיסה X-Ray Diffraction (GIXD)

עבור סרטים דקים או ציפויים, GIXD משתמשת זווית אירוע רדודה מאוד כדי למקסם את הרגישות פני השטח.טכניקה זו אידיאלית ללימוד אוריינטציה מילוי על פני השטח, אשר יכול להשפיע על דבקות, ללבוש התנגדות, תכונות אופטיות.

החלפת זמן ושעה - XRD

שלבים, תצורות מתיחה, או תאי לחות ניתן לשלב עם diffractometer כדי לחקור את האבולוציה מבנית במהלך עיבוד.לדוגמה, ב- XRD במהלך קירור יכול לעקוב אחר התגבשות של הפולימרים בנוכחות של ממלאים מתפתלים, חושף כיצד הממלא משפיע על קינטיקה גבישית ומורפולוגיה סופית.

יישומי מפתח של XRD ב- Polymer-Filler Analysis

זיהוי שלב קריסטל ופולימורפים

כל ממלא גבישי מניב דפוס דיפרקציה אופייני.שימוש במאגרי מידע (למשל, ICDD PDF-2 או PDF-4), החוקרים יכולים לזהות באופן לאמבי את השלב(s) הנוכחי.זה קריטי כאשר ממלאים יכולים להתקיים במספר רב של פולימורפים עם תכונות שונות מאוד.לדוגמה, סידן מופיע כ calcite, aagonrite, או vateoxideatraina) אשר נשמרת כמו קומפלקס Xbrate Xvate.

הערכת דיספרסיון, Exfoliation ו- Intercalation

שכבות שכבתיות כגון מונטמורייט הן לעתים קרובות שונה אורגנית כדי לשפר את תאימות עם פולימר. במצב prise, חימר אלה מציגים השתקפות בזיליקה חזקה (001) המקבילה לחיתוך בין-1.2-1.5 nm. כאשר שרשראות פולימר פולימר יורדות בין השכבות, עלייה ספיגה, שינוי01) לדרגה 2D2 מופחתת של ריבועים, ו- פיזור דינמי לחלוטין.

מעקב אחר Crystallinity ו- Polymorphic שינויים במטריקס פולימר

הנדסה רבים - כגון פוליפרופילן (PP), פולימיד 6 (PA6), פולי(אתילן terephthalate) (PET), ופולי (אתר Ether ether ketone) (PEEK) - הם סמיקטורילטי (PP) מילוי של βcateline (מתאים ל- β) לעומת β- ⁇ ) ⁇ dexateline (שלבים) של β- β- β- β- β- ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המונחים: Filler Loading and Phase Structure

XRD יכול לשמש כדי לקבוע את השבריר של ממלא גבישי במורכב, בתנאי עקומת קליברציה מוכן בו-זמנית תערובת ידועות.העוצמה המשולבת של שיא חזק, לא-מעלה מן הממלא הוא פרופורציונלי לשלב שלו. שיטה זו היא שימושית במיוחד כאשר הממלא הוא גבישי ספציפי מאוד ואת הרקע פולימרי הוא נמוך עבור רב-phas למלא (למשל, שילוב של פרופורציה), בעוד שדומה של פרופורציה יחסית של ריכוזית) ו-מתאים (apher) אינו מספק) באופן יחסי (apher) ו-apher (מתאים) מאשר אינדקס נמוך יותר) מאשר אינדקס נמוך יותר (apher) מאשר אינדקס נמוך יותר) מאשר אינדקס נמוך יותר (מתאים שונים (מתאים שונים (apher) מאשר אינדקס) מאשר אינדקס נמוך יותר) מאשר אינדקס נמוך יותר) מאשר אינדקס נמוך יותר מאשר אינדקס נמוך יותר) מאשר אינדקס נמוך.

המונחים: aisotropy

מילויים לעתים קרובות להתאים במהלך עיבוד - דפוס הזרקת מייצר מורולוגיה העור שבו platy או fibrous מילוי או נוח המקבילה משטח עובש. אוריינטציה כזו יכול להיות מאופיין על ידי מדידה של אינטנסיביות של השתקפות מסוימת כפונקציה של סיבוב דגימות (דמויות פולוס) לדוגמה, (001) של tc יהיה חזק יותר כאשר הדגימה הוא מוכוון כך את לוחיות talc הם מקבילים לאפקטים diperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperaperapera, כמו אפקט, כמו אפקט, כמו אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט של אפקט, כמו אפקט אפקט, כמו אפקט

Detecting תגובות כימיות ב- Filler-Polymer Interface

במערכות מורכבות מסוימות, תוספים תגובתיים (למשל, סוכני הפיכה סילניים) יוצרים אג"ח כימי בין משטח הממלא לבין ממטריקס פולימר, בעוד ש- XRD אינה טכניקה עיקרית לכימיה על פני השטח, היא יכולה לזהות את היווצרות של שלבים גבישיים חדשים בממשק - לדוגמה, אם סוכן הפיכה מתישבן על פני השטח המלא או אם ממלא עובר שלב במהלך עיבוד תגובתי.

יתרונות ומגבלות של XRD

יתרונות מפתח

  • (ב) ניתן לשחזר את ה- 0 (לא להורות): ניתן לשחזר את הדגימות של 1FLT וניתחו על ידי שיטות אחרות.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ -Phase: 1FLT:1 , Identifies מרכיבים גבישיים בודדים אפילו בתערובת מורכבת.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : 1 (ב) בתקנים מתאימים, מביא לידי ביטוי בתוכן שלב ובגודל קריסטל.
  • (ב) ⁇ :0) ,Versatile: FLT:1 מתאים אבקות, סרטים, סיבים, מוצקות גדולות ואפילו נוזלים.
  • (ב) ,0) ,Rapid: FigFLT:1 (הסורק טיפוסי של WAXD לוקח 10-30 דקות; מדידת סינכרון יכולה להיות תת-שנית.

הגבלות

  • (ב) [15] תוכן: ⁇ : ⁇ 1 , XRD לא יכול לספק מידע מבני מפורט על פולימר או מלא - הוא רואה רק את ההילה המטושטשת.
  • (FLT:0) רגישות לשלבים קטנים:FreaLT:1 בדרך כלל, שלב גבישי חייב להיות נוכח ב > 1–5 wt% כדי להיות מזוהה באופן אמין, בהתאם לכוח הפיזור שלה.
  • (הופנה מהדף LT:0) פריטים מועדפים: ⁇ 1 (הדגשה) יכול לעוות את ההתעלות ולהיפגש בשלב לא מדויק, אלא אם כן הוא מצמצם או מתוקן בקפידה.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) מידע עומק: FLT:1 השתקפות סטנדרטית של השתקפות XRD דגימות רק את עשרת הקילומטרים הראשונים; שידור או מצבי גילוח ניתן יהיה צורך בדגימות עבות יותר.

טכניקות משלימה

(ה) להתגבר על המגבלות הללו, XRD משולב לעתים קרובות עם שיטות אחרות של אופיציה:0Scanning אלקטרונים microscopy (SEM) sivedFLT:1 ו-FLT:2transmission אלקטרונים microscopy (TEM) במיוחד סימולציות של CLT-Fspeccy (R) מסייע הדמיה של גודל LT-Fential (R) ו-Fentialcaster (R)

מחקרים בנושא מחקר ותעשייה

Polypropylene /Talc Composites for Auto Parts

ביישומים פנימיים של הרכב, PP מלא טלק מספק איזון של קשיחות, התנגדות השפעה, ועלות נמוכה. XRD משמש באופן שגרתי כדי לאמת את הטוהר של טלק (התמדה של quartz או פחמן) ולעקוב אחר הפיזור והאוריינטציה שלה.לדוגמה, שינוי ב- talc (001) לאחר עלייה של שינויים ב-layering בין עקב דחיסה או ירידה פולינזימת של חומרים.

Polymer-Clay ננוקוםites for Barrier Films

סרטי אריזה מזון לעתים קרובות לשלב איברסלי כדי להפחית חמצן ולחות לחות.הביצועים של ננוקום נשענים על exfoliation: חימרים מעוכלים באופן מלא מהווים דרך מרתיעה עבור diffusion גז, בעוד ששלב או agglomerated תנאים הם הרבה פחות יעילים. XRD (מסופקים עם TEM) הוא הכלי העיקרי כדי לקבוע אם basalss נעלם או expinated תנאי עיבוד (מעודכן) רק כדי לבצע עיבוד).

משקפי זכוכית ביואקטיביים / Folymer Composites for Bone Scaffolds

פולימרים פולימרים המכילים זכוכית ביואקטיבית (למשל, 45S5) משמשים בהנדסת רקמות. Upon ⁇ בנוזל גוף, משטח הזכוכית מהווה שכבת הידרוקסיפטיטיס גבישית, אשר חובקת העצם. in-situ XRD בתוך תא גוף מדמה (SBF) יכול לעקוב אחר היווצרות וצמיחה של שכבת apatite בזמן אמת, מתן נתונים עבור אופטימיזציה חומר.

מגמות עתידיות וגישות מתקדמות

סינכרון ו- High-Resolution XRD

קרינה סינכרון מציעה הזמנות של הבנה גבוהה יותר של מקורות מעבדה, המאפשרת ניסויים עתומים על מחסני זמן מילימטריים.זה מאפשר לחוקרים לעקוב אחר פיזור מלא במהלך ערבוב או פולימריזציה תחת הירר בזמן אמת.רזולוציה גבוהה angular גם פותרת פסגות מעוקלות מכמה שלבים ממלאים או מילוי חלקיקים.

Pair Distribution function (PDF) Analysis

עבור nanocomposites עם חלקיקים ממלאים מתחת - 5 nm, פסגות Bragg להיות מאוד רחב וחפיפה. שיטת PDF משתמשת פיזור הכולל (כולל פיזור diffuse) כדי להשיג את המבנה בקנה מידה אטומי, מה שמאפשר לנתח אפילו amorphous או מאוד הפרעה מלא מלא מילויים. גישה זו צוברת מתחנן עבור אפינופלים אופיים כמוlica, פחמן, שחור, מתכת, חלקיקים אורגניזמים פוליאורגניים (MO) חלקיקים פולימרים פולימרים.

למידה ל- Patternפרשנות

הנפח הגדל של נתוני XRD - במיוחד מניסויי שילוב - הניב את השימוש באלגוריתמים למידת מכונה לזיהוי שלב, מהפכת שיא וחיזוי גבישי.כלים אוטומטיים יכולים כעת להבחין סוגים של מילוי, לכמת שברירי שלב ואפילו לזהות שינויים מבניים הקשורים להזדקנות או השפלה. שיטות אלה יאיימו את האופי של מסובכים מורכבים-מדומים.

XRD/Raman/Microscopy Correlative Workflows

מכשירים מודרניים משלבים יותר ויותר את שיטות האופיון מרובות על פלטפורמה אחת.לדוגמה, מערכת משולבת XRD-Raman יכול לזהות שלב מלא על ידי דפוס ה diffraction שלה ולאחר מכן לחקור את הכימיה המקומית או מצב הלחץ שלה באמצעות ספקטרום של Raman. Correlative עבודה כי ממפה נתונים אלה על תמונות SEM מאותו האזור לספק תצוגה הוליסטית של מערכות יחסים של מבנה-פרוטי.

מסקנה

דיפרקציה רנטגן נשאר טכניקה אבן הפינה עבור אפיון תוספים ומלאים בפולימרים פולימרים.מבדיקה פשוטה שלב בדיקות טוהר לניתוח אוריינטציה מתקדם תהליך ניטור בזמן אמת, XRD מספק תובנות קריטיות שפשוט אינן ניתנות על ידי שיטות אחרות. כמו ניסוחים מורכבים יותר - שילוב חומרים הנדסיים מרובים, מבנים היברידיים, גירויים, רכיבים אחריות - התפקיד של מהנדסי XRD רק כדי לפתח תכונות מתקדמות של חומרים אנליטיים וגרסאות מורכבות יותר של חומרים אופטיות.

[ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]] [ה]]]ה'[ה]']'[ה]'[ה]'[ה]'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']'['[ה'