减水剂的性质与表征

第一篇：减水剂的性质与表征

一、固体含量

（按照GB/T-8077 2000《混凝土外加剂匀质性测试方法》）1.1方法提要

将已恒量的称量瓶内放入被测试样于一定的温度下烘至恒量 1.2仪器

a.天平不应低于四级,精确至0.0001g;b.鼓风电热恒温干燥箱:温度范围0℃～200℃ c.带盖称量瓶:25mm×65mm； d．干燥器：内盛变色硅胶 1.3试验步骤

1.3.1将洁净带盖称量瓶放入烘箱内，,100℃～105℃烘30min,取出置于干燥器内,冷却30min后称量,重复上述步骤直至恒量,其质量为m0 1.3.2将被测试样装入已经恒量的称量瓶内,盖上盖称出试样及称量瓶的总质量为m1.试样称量:固体产品1.000g～2.000g;液体产品3.0000g～5.000g.1.3.3将盛有试样的称量瓶放入烘箱内开启瓶盖升温至100℃～105℃(特殊品种除外)烘干,盖上盖置于干燥器内冷却30min后称量重复上述步骤直至恒量其质量为 1.4结果表示 固体含量X固按下式计算：

m2-m0100 m1-m0

X固式中：X固——固体含量，%； m0——称量瓶的质量，g；

m1——称量瓶加样的质量，g；

m2——称量瓶加烘干后试样的质量，g。1.5允许差

室内允许差为0.3%； 室间允许差为0.50%。

二、水泥净浆流动度

（参照混凝土减水剂质量标准和试验方法JGJ56-84）

1、方法提要

在水泥净浆搅拌机中,加入一定量的水泥,外加剂和水进行搅拌.将搅拌好的净浆注入截锥圆模内,提起截锥圆模,测定水泥净浆在玻璃平面上自由流淌的最大直径.2、仪器

a.水泥净浆搅拌机;b.截锥圆模:上口直径36mm,下口直径60mm,高度为60mm,内壁光滑无接缝的金属制品;c.玻璃板:400mm400mm5mm;d.秒表;e.钢直尺:300mm;f.刮刀;g.药物天平:称量100g,分度值0.1g;h.药物天平:称量1000g,分度值1g.3、试验步骤

3.1将玻璃板放置在水平位置,用湿布擦抹玻璃板,截锥圆模,搅拌器及搅拌锅,使其表面湿而不带水渍.将截锥圆模放在玻璃板的中央,并用湿布覆盖待用.3.2称取水泥300g,倒入搅拌锅内,加入推荐掺量的外加剂及87g或 105g水,搅拌3min.3.3将拌好的净浆迅速注入截锥圆模内,用刮刀刮平,将截锥圆模按垂直方向提起,同时开启秒表计时,任水泥净浆在玻璃板上流动,至30s,用直尺量取流淌部分相互垂直的两个方向的最大直径,取平均值作为水泥净浆流动度.4、结果表示

表示净浆流动度时,需注明用水量,所用水泥的强度等级标号、名称、型号及生产厂和外加剂掺量。

5、允许差 室内允许差为5mm； 室间允许差为10mm。

6、测试掺量对净浆流动度的影响

三、减水率

（参照混凝土减水剂质量标准和试验方法JGJ56-84）

1、净浆减水率 1.1仪器设备

a.软练水泥净浆搅拌机;b.跳桌(附5mm厚玻璃板);c.截锥圆模:上口直径为65mm,下口直径为75mm,高为40mm;d.刮刀、捣棒和游标卡尺或钢直尺（300mm）1.2试验步骤

1.2.1将截锥模置于附有玻璃板的跳桌上.（预先用湿布擦过，并用湿布覆盖）。

1.2.2称取水泥400g，放入湿布擦过的搅拌锅内，加水搅拌加入的水量使基准水泥净浆扩散度达140～150mm。搅拌三分钟，迅速装入截锥模内，稍加插捣赶出气泡，并抹平表面，将截锥模垂直向上提起以每秒一次的速度使跳桌跳动三十次，然后量取互相垂直的两直径，取两个数的平均值，当扩散度为140～150mm时的用水量为基准水泥净浆用水量（W0）。

1.2.3再称取水泥400g，以同样的方法测定掺减水剂后水泥净浆扩散度为140～150mm时的用水量即为减水后水泥净浆用水量W1。1.3试验结果处理

净浆减水率按下式计算 净浆减水率（%）=

W0W1100 W0式中W0——基准水泥净浆扩散度为140～150mm时的用水量（g）；

W1——掺减水剂后水泥净浆扩散度为140～150mm时的用水量（g）。

减水率值取三个试样的算术平均值。

2、混凝土减水率 2.1仪器设备 a．坍落度筒； b．捣棒；

c．小铲、钢板尺、抹刀等。2.2试验步骤

2.2.1测定基准混凝土的塌落度，记录达到该塌落度时的单位用水量（W0）。

2.2.2在水泥用量相同，水泥、砂、石比例保持不变的条件下，测定掺减水剂的混凝土达到与基准混凝土相同塌落度时的单位用水量（W1）。

2.2.3试验结果处理 减水率按（1）式计算：

减水率（%）W0W1W0100

式中 W0---基准混凝土单位用水量（kg/m3）;W1---掺减水剂的混凝土单位用水量（kg/m3）.四.泌水率

（参照混凝土减水剂质量标准和试验方法JGJ56-84）

1、仪器设备

a.容重筒:取内径18.5cm,高20cm,容积为5升的容重筒,带盖(或玻璃板);b.磅称:称量50kg、感量50g； c．具塞量筒100mL； d．其它：吸液管、定时钟、铁铲、捣棒及抹刀等。

2、试验步骤

2.1容重筒用湿布润湿，称重G0；

2.2将混凝土拌合物一次装入筒中，在振动台上振动二十秒，然后用抹刀将顶面轻轻抹平，试样表面比筒口边低2cm左右。

2.3将筒外壁及边缘擦净，称出筒及试样的总重G1，然后将筒静置于地上，加盖，以防止水分蒸发。

2.4自抹面开始计算时间，前60分钟每隔10分钟用吸液管吸出泌水一次，以后每隔20分钟吸水一次，直至连续三次无泌水为止。吸出的水注入量筒中，读出每次吸出水的累计值，准确至毫升。

2.5每次吸出泌水前5分钟，应将筒底一侧垫高约2厘米，使筒倾斜，便于吸出泌水，取出泌水后仍将筒轻轻放平盖好。

3、试验结果处理

泌水率按下式计算：

B（%）=

Vw100（2）

(W/G)GwGwG1G0

式中 B---泌水率（%）；

Vw---泌水总量（g）；

W---混凝土拌合物的用水量（g）； G---混凝土拌合物的总重量（g）；

Gw---试样重量（g）； G0---筒重（g）。泌水率值取三个试样的算术平均值。如其中一个与平均 值之差大于平均值的20%时，则取二个相近结果的平均值。

泌水率比按下式计算： 泌水率比=

掺减水剂的混凝土泌水率（3）

基准混凝土泌水率

五、凝结时间（贯入阻力法）

（参照混凝土减水剂质量标准和试验方法JGJ56-84）

1、仪器设备

a．贯入阻力仪：最大负荷为120kg，精度0.5kg，附有可拆装的贯入度试针两个。其断面积分别为1cm2和0.2cm2.b．砂浆容器：容器要求坚实，不透水、不吸水、无油渍，截面为圆形或方形，直径或边长为15cm，高度为15cm。c．吸管。

d．筛子：孔径为5mm。e．计时钟。

2、试验步骤 2.1试验步骤

a．将混凝土拌合物通过5mm筛，振动筛出的砂浆装在经表面湿润的塑料盆内。

b．充分拌匀筛出砂浆，装入砂浆容器内，在震动台上震2～3秒钟，置于202℃室温条件下。2.2贯入阻力测试 a．在初次测试贯入阻力前，清除试样表面的泌水，然后测定贯入阻力值，先用断面为1cm2的贯入度试针，将试针的支承面与砂浆表面接触，在10秒钟内缓慢而均匀地垂直压入砂浆内部2.5cm深度，记录所需的压力和时间（从水泥与水接触开始计算），贯入阻力值达3.5N/mm2（35kgf/cm2）以后，换用断面为0.2的贯入度试针，每次测点应避开前一次的测试孔，其净距为试针直径的2倍，至少不小于1.5cm，试针距容器边缘不小于2.5cm。

b．在202℃条件下，普通混凝土贯入阻力初次测试一般在成型后3～4小时开始，以后每隔1小时测定一次。掺早强型减水剂的混凝土一般在成型后1～2小时开始，以后每隔半小时测定一次，掺缓凝型减水剂的混凝土，初测可推迟到成型后4～6小时或更多以后每隔1小时进行一次，直至贯入阻力略大于28N/mm2（280kgf/cm2）.3、试验结果处理

3.1贯入阻力按（4）式计算

PAP贯入阻力=（kg/cm2）

A贯入阻力=101（N/mm2）（4）

式中 P---贯入深度达2.5cm时所需的净压力（kg）；

A---贯入度试针断面面积（cm2）。

3.2以贯入阻力为纵坐标，测试时间为横坐标，绘制贯入阻力与时间关系曲线。3.3以3.5N/mm2（35kgf/cm2）和28 N/mm2（280kgf/cm2）划两条平行横坐标的直线，直线与曲线交点的横坐标值即为初凝和终凝时间。3.4试验精度

试验应固定人员及仪器，每盘混凝土拌合物取一个试样，三个试样为一组，凝结时间取三个试样的平均值，试验误差值应不大于平均值的30分钟，如不符合要求应重做。

六、抗压强度试验

（参照混凝土减水剂质量标准和试验方法JGJ56-84）

1、立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行: ①试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净。

②将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件或钢垫板接近时，调整球座，使接触均衡。③在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级

2、立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行： 2.1混凝土立方体抗压强度应按下式计算： fF A式中 f——混凝土立方体试件抗压强度（MPa）； F——试件破坏荷载（N）； A——试件承压面积（mm2）。

混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa。2.2强度值的确定应符合下列规定：

①三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值（精确至0.1MPa）；

②三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；

③如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。

2.3混凝土强度等级＜Ｃ６０时，用非标准试件测得的强度值,均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mm200mm200mm试件为对1.05；对100mm100mm100mm试件为0.95.当混凝土强度等级≥C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。

七、抗渗性能试验

（参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法GBJ82-85》）1.本方法适用于测定硬化后混凝土的抗渗标号。2.抗渗性能试验应采用顶面直径为175mm，底面直径为185mm，高度为150mm的圆台体或直径与高度均为150mm的圆柱体试件（视抗渗设备要求而定）。

抗渗试件以6个为一组。

试件成型后24h拆模，用钢丝刷刷去两端面水泥浆膜，然后送入标准养护室养护。试件一般养护至28d龄期进行试验，如有特殊要求，可在其它龄期进行。

1.混凝土抗渗性能试验所用设备应符合下列规定：

（1）混凝土抗渗仪 应能使水压按规定的制度稳定地作用在试件上的装置。

（2）加压装置 螺旋或其它形式，其压力以能把试件压入试件套内为宜。

2.混凝土抗渗性能试验应按下列步骤进行

（1）试件养护至试验前一天取出，将表面晾干，然后再其侧面涂一层熔化的密封材料，随即在螺旋或其它加压装置上，将试件压入经烘箱预热过得试件套中，稍冷却后，即可解除压力，连同试件套装在抗渗仪上进行试验。

（2）试验从水压为0.1MPa（1kgf/cm2）开始。以后每隔8h增加水压0.1Mpa（1kgf/cm2），并且要随时注意观察试件端面的渗水情况。（3）当6个试件中有3个试件端面呈有渗水现象时，即可停止试验，记下当时的水压。（4）在试验过程中，如发现水从试件周边渗出，则应停止试验，重新密封。

混凝土的抗渗标号以每组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大压力计算，其计算式为：

S = 10H – 1 式中

S———抗渗标号；

H———6个试件中3个渗水时的水压力（Mpa）。

八、分子量的测定（凝胶色谱法）

1、简介

分子量及分子量分布是高分子材料最基本的结构参数之一，聚合物的基本性质是分子量的多分散性，聚合物的性质与其分子量分布密切相关，因此平均分子量及分子量分布对减水剂的性能影响很大。测量分子量方法很多，有溶液渗透压法，沸点升高法、冰点降低法测数均分子量，还有根据溶液的光散射能力与体系大分子质量有关方法测重均分子量；依据溶液的粘度与体系分子数目、分子大小及分子形态有关，可以测粘均分子量及分子尺寸。聚合物是分子量不均一的分子，用平均分子量与分子量分布可以表征一个多分散体系不同分子量分子的相对含量，质谱和凝胶色谱方法是使用现代仪器快速、准确检测的较常用方法，质谱法主要通过聚合物分子降解方法推断相对分子量和确定分子式，凝胶色谱方法则依据聚合物溶液中溶质分子大小不同分离。

凝胶色谱方法以溶剂作为流动相，以多孔性填料作为分离介质的柱色谱，是目前表征聚合物平均分子量和分子量分布最有效的手段之一。当溶剂以一定的速度流过色谱柱，不同大小的分子以不同的速度通过柱子而得到分离，最大的溶质分子首先流出，最小溶质分子最后流出，流出体积等于填料之间的空隙。

凝胶渗透色谱图是用检测器获得流出曲线，通过纵坐标记录洗提液与纯溶剂折光指数差值，相当于洗提溶液的相对浓度，以横坐标记录洗提体积，因此，洗提体积大时溶质分子则较小，反之亦然。非水溶性凝胶渗透色谱法，样品经过异丙醇沉淀、丙酮脱水处理，消除溶解在水中的部分小分子，而水溶性凝胶渗透色谱法(GPC)可以直接测定水溶性聚合物的分子量，如对聚氧化乙烯基醚的分子量测定等。聚羧酸系减水剂为水体系聚合物，必须使用水作流动相进行检测，检测减水剂聚合物的平均分子量与分子量分布。

最常见的几种平均分子量表示方法为数均分子量Mn、重均分子量Mw、Z 均分子量Mz、Z＋1 均分子量Mz＋

1、粘均分子量Mp 等，除粘均分子量通过粘度与分子量的经验公式求出外，其它分子量的定义相似，如在一个多分散体系中有许多不同分子量的组分，假如分子量为M1、M2、M3…Mi 的各组分，各有N1、N2 …Ni的摩尔数量，则：

大分子的多分散性常以分布曲线和多分散指数等两种方式表示。凝胶色谱的积分分布曲线为累计重量分布函数；从微分分布曲线可以直观地看出聚合物分子量分布状况。Mw/Mn 比值作为多分散指数，可以根据分子量分布计算相对分散指数。

2、样品制备与GPC 仪器设备(1)样品制备

由于聚羧酸系减水剂的分子结构中有大量的离子型基团，减水剂与常用的有机溶剂三氯甲烷、四氢呋喃、异丙醇等不能相溶，即使经过异丙醇、丙酮等多次分离沉淀再真空脱水处理，制得的样品很难与三氯甲烷、四氢呋喃等有机溶剂完全相溶，所以不能使用三氯甲烷、四氢呋喃作溶剂体系的GPC 方法测新型减水剂MPC 的分子量和分子量分布；用水溶性凝胶渗透色谱法（GPC 方法）可以准确测定聚羧酸系减水剂的分子量，对样品的制备要求较低。本试验直接使用标准型MPC-

1、缓凝型MPC-2 进行干燥，在60℃条件下烘干得到浓缩干燥样品，基本上保持原有减水剂的分子量分布特点。(2)水相体系GPC 法的有关仪器设备

仪器设备为美国Waters 510/Milenium 2010 及Waters 600E/M32 分析/半制备系统，型号为510×2-996-410，采用Waters 公司生产的凝胶色谱柱，流动相为水相体系，主要规格及技术指标如下：600E 四元梯度泵，流速范围0.1～19.9ml/min；510 注射泵，流速范围0.1～9.9ml/min；996 二极管阵列检测器，检测波长范围190～800nm。通过996 二级管阵列检测器同时进行多波长检测，在190～800nm 之间快速扫描，可以获得三维色谱光谱流出曲线，三维图象分别以时间、波长和吸收值为坐标，分析结果通过使用M32 软件对三维谱图进行光谱或色谱的各种运算获得。

3、检测结果与分析

九、红外吸收光谱测量

1、简介

红外光照射物质时，物质分子吸收一部分光能使分子的振动和转动状态的变化，而产生的吸收谱带，则简称为红外光谱（IR）。红外光谱通常以波长或波数为横坐标，吸收度或百分透过率为纵坐标，谱图中反映整个分子的结构特征，不同化合物都有不同的谱图，结构中不同官能团的存在则产生对应的特征谱带，是有机化学研究中最常用的方法之一。根据红外光谱推测结构，红外光谱可以分为特征官能团区（4000～1350 cm-1）和指纹区（1350～600 cm-1），官能团区包括O-H、N-H、C-H、C=O、C=N 等的伸缩振动，指纹区则为C-O、C-N与C-X 等弯曲振动，-OH、–NH2 和–C=O-等振动可以在红外光谱图的高能端（1350～3600cm-1）找到。在官能团区一般分为4000～2500 cm-

1、2500～2000 cm-1和2000～1337 cm-1 等三个频率；指纹区分为1333～900 cm-1 和900～600 cm-1 两频率。有关官能团吸收峰数据，如下表，具体分析如下：①4000～2500cm-1 存在含氢原子的官能团伸缩振动，如OH（3700～3200 cm-1）、COOH（3600~2500cm-1）、NH（3500~3300 cm-1）；烯氢、芳氢（3100～3000 cm-1）、C-H（3000 cm-1）；甲基、亚甲基（2950～2850 cm-1）等吸收峰。② 2500～2000 cm-1 吸收峰表征C=-C或C=-N 等三键存在。③2000～1337 cm-1 存在含双键的化合物：酸酐、酰卤、酯、醛、酮、羧酸、酰胺、醌、羧酸离子的C=O 伸缩振动大致按上述顺序由高到低出现在1870～1600 cm-1 区，并且都是强峰；C=C、C=N、N=O 及烯芳含氮杂环硝基化合物也在这一区域，一般在1600 cm-1 以下，C=C 若对称结构则吸收峰极弱。④ 1333～900 cm-1 存在包括C-O、C-N、C-F、C-P 等单键的伸缩振动吸收和C=S、S=O、P=O 等双键伸缩振动吸收以及C(CH3)

3、RCH=CH2 和RCH=CHR’的骨架变形振动，这一吸收区域反应化合物本身特征性，称为指纹区。⑤900～600 cm-1 可指示（CH2）4 的存在及双键和苯环的取代位置、取代程度及构型等。

表3－2 不同官能团的吸收峰位置

基团 化合物类型 吸收频率范围cm-1 基团 化合物类型 吸收频率范围cm-1 O-H 醇 3200-3600 C=C 烯 1600～1680 羧酸 3000～3500 芳香烃 1400～1600 N-H 胺 3300～3500 C=O 醛 1720～1740 C-H 烷烃 2850～3000 酮 1705～1715 烯烃 3020～3080 羧酸 1700～1750 芳香烃 3000～3100 酯 1725～1730 醛基 2700～2800 酰胺 1640～1700

2、试验仪器与样品制备 试验使用Perkin-Elmer 公司生产的仪器富里叶变换红外和拉曼光谱仪，仪器型号为Spectrum GX，或采用Nicolet 公司的20SXB 型傅立叶红外光谱仪测定。

样品为各种单体材料和不同的聚羧酸系减水剂，测试样品根据实际情况选择不同制样方法。无水液体试样直接加一滴在盐片（大约直径25，厚度5）上制成薄膜，用同样板片盖上，放在测试支架上测定板间薄膜的光谱；固体样品采用压片法，1 份试样与20 份溴化钾碾磨，在室温和真空下用210MPa 压力成型直径10mm,厚度1～2mm 的压片，压片成型为晶片；对于能够溶解于挥发性有机溶剂的固体样品，采用溶剂溶解法，滴加在测量盐片上干燥成膜再测试；聚羧酸系减水剂水溶液样品，先经过异丙醇、丙酮的沉淀和分离，在搅拌下将聚合物溶液（最多含5％聚合物）倾入到过量的(4～10 倍量)溶剂中，重复沉淀。在60℃浓缩一定时间后再真空抽滤，尽可能除去水份，因为在3300 及1640 cm-1处水有强的吸收，另外还影响盐基片的稳定性，应加热软化后涂抹在氯化钠盐片。制样的浓度和厚度最好使百分透过率或吸收度在20～60％范围内，基线在90～95％，最强的吸收谱带在1～20％之间。

3、试验结果讨论

红外谱图反映整个分子结构中有不同的官能团存在的特征，不同化合物都有不同的红外光谱。因此可以通过光谱分析，了解聚羧酸系减水剂不同原材料及减水剂本身分子结构的不同官能团特征。

十、吸附量测定（紫外光谱）

1、简介

紫外－可见吸收光谱是分子吸收紫外－可见光区100～800nm 的电磁波而产生的吸收光谱，简称紫外光谱（UV）。由于近紫外区的光谱涉及绝大多数有机分子的共扼价电子能量跃迁范围，因此对分子结构鉴定十分重要。通常有机化合物的价电子包括成键的σ－电子、成键的π－电子和非键电子，可能发生σ→ σ*、π→ π*、n →σ*、n →π*等跃迁。紫外光谱以吸收波长对吸收强度作图得到吸收曲线，根据吸收波长及峰的强弱可以估计共扼键的类型；由于吸光度与样品的浓度成正比，紫外光谱可用于鉴定聚合物溶液的浓度。

lgI0AAabc

a Ibc式中，I0：入射光强度，I：透射光强度，A：吸光度，a：吸光系数，b：样品池宽度，c：样品浓度。

2、试验仪器与样品制备

试验使用UV2100 紫外－可见分光光度计（UV），波长范围190-850nm，对新聚羧酸高效减水剂作紫外光谱试验。定性试验则可以控制吸收谱带的最大吸光度在5.5 以内，为测水泥浆中减水剂的吸附率，需要标定样品的浓度，在谱图中控制吸收谱带的最大吸光度在0.3～1.0 内，则可准确定量试验样品的浓度。

用50 mL 容量瓶分别准确配制一定浓度减水剂溶液作为原液, 分别准确称取8 g水泥放到50mL的烧杯中, 取32mL 不同浓度的减水剂溶液加入烧杯中, 混合摇匀3m in, 静置一定时间, 使其达到吸附平衡, 取上层清液, 用LDZ4-018A型台式离心机分离10m in(4000 r /m in),稀释分离液。用UV-2100紫外分光光度计测定其浓度, 根据前后溶液的浓度差计算吸附量。

3、试验结果与讨论

十一、ζ电位的测量

1、仪器： JS94H2 电泳仪

2、水泥浆体的ζ电位测定

将减水剂配成0.2%、0.4%、0.6% 和0.8% 的水溶液, 然后将水泥掺入溶液中, W/ C 为100, 取悬浮液测水泥颗粒的ζ电位;按照GB/ T 1346-2001 测定水泥凝结时间, 在不同时间取相同质量的水泥浆, 分散于一定质量的去离子水中, W/ C 约为100, 测水泥粒子的电ζ位。

3、分析不同掺量聚羧酸系减水剂对水泥颗粒表面电位ζ的影响：

得到某个掺量下的减水剂溶液可以补充吸附于水泥粒子的表面, 维持较低的电位ζ，则表明该减水剂分子与水泥粒子相容性较好, 饱和吸附量较高。

第二篇：AES实验报告-材料分析与表征

清华大学材料学院

xxx xx xxxxxxxx

《材料分析与表征》

俄歇电子能谱(AES)实验报告

学院：材料学院

班级：xxx 姓名：xx 学号：xxxxxxxx 一．实验目的

1.了解俄歇电子能谱的背景知识和基本原理； 2.了解俄歇电子能谱的基本实验技术及其主要特点； 3.了解俄歇谱仪的基本结构和操作方法； 4.了解俄歇电子能谱在材料表面分析中的应用。

二．实验原理

1.AES简介

俄歇电子能谱，英文全称为Auger Electron Spectroscopy，简称为AES，是材料表面化学成分分析、表面元素定性和半定量分析、元素深度分布分析及微区分析的一种有效的手段。俄歇电子能谱仪具有很高表面灵敏度，通过正确测定和解释 AES 的特征能量、强度、峰位移、谱线形状和宽度等信息，能直接或间接地获得固体表面的组成、浓度、化学状态等信息。

当原子的内层电子被激发形成空穴后，原子处于较高能量的激发态。这一状态是不稳定的，它将自发跃迁到能量较低的状态——退激发过程，存在两种退激发过程：一种是以特征X射线形式向外辐射能量——辐射退激发；另一种通过原子内部的转换过程把能量交给较外层的另一电子，使它克服结合能而向外发射——非辐射退激发过程(Auger过程)。向外辐射的电子称为俄歇电子。其能量仅由相关能级决定，与原子激发状态的形成原因无关，因而它具有“指纹”特征，可用来鉴定元素种类。

2.俄歇效应

处于基态的原子若用光子或电子冲击激发使内层电子电离后，就在原子的芯能级上产生一个空穴。这一芯空穴导致外壳层收缩。这种情形从能量上看是不稳定的，并发生弛豫，K空穴被高能态L1的一个电子填充，剩余的能量(EK-EL1)用于释放一个电子，即俄歇电子。如图1所示。

清华大学材料学院

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图1 固体KLL俄歇作用过程示意图[1]

俄歇过程是一三电子过程，终态原子双电离。俄歇电子用原子中出现空穴的X射线能级符号次序表示，俄歇过程可以用图2表示：

图2 俄歇过程图示

通常俄歇过程要求电离空穴与填充空穴的电子不在同一个主壳层内，即W≠X。若W=X≠Y，称为C-K跃迁(Coster-Kronig跃迁)，(p>i)，如L1L2M；若

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W=X=Y 称为超C-K跃迁，(p>i q>i)，如N5N6N6。

俄歇过程根据初态空位所在的主壳层能级的不同，可分为不同的系列，如K系列L系列，M系列等。同一系列中又可按参与过程的电子所在主壳层的不同分为不同的群，如K系列包含KLL、KLM、KMM等俄歇群。每一群又有间隔很近的若干条谱线组成，对于KLL俄歇系列，根据其终态，可以分为：KL1L1，KL1L2，KL1L3，KL2L2，KL2L3，KL3L3六种类型。因为，根据粒子的全同性，无法分辨KL3L1和KL1L3，以及KL2L3和KL3L2等。这样，在俄歇谱上，表现为六根谱线。但这并不影响分析。因为俄歇分析主要利用主要的峰进行。不需要搞清楚每个小峰。而且商品仪器的分辨率也不高，但是在理论上有意义。

元素H和He是不能发生俄歇跃迁的。3.俄歇电子能量

用来作表面分析的俄歇电子的能量在0~2000 eV之间。俄歇谱仪是根据俄歇电子的能量来识别元素的，也就是说，俄歇电子的能量带有元素本身的信息。所以，准确知道俄歇电子的能量很重要。实用上，俄歇电子能量可以准确查到，无需进行计算。例如：Perkin-Elmer公司的俄歇手册上，对于每一种元素，有一张俄歇图谱，表标明了主要俄歇峰的能量。

考虑孤立原子，假设原子序数为Z，跃迁为WiXpYq。有如下公式成立：

EWXYEWZEXZEYZ

实际上，对于有空位的壳层，能级同充满时有所不同。

'EYZEYZEYZ1'EYZEYZEYZ1EYZ

EWXYEWZEXZEYZEYZ1EYZ其中0<<1，为修正系数。

跃迁WiXpYq同跃迁为WiYpXq是同一种俄歇跃迁，无法分辨。则： WiXpYq跃迁：EWXYEWZEXZEYZEYZ1EYZ WiYpXq跃迁：EWYXEWZEYZEXZ'EXZ1EXZ 因为EWXY(Z)＝EWYX(Z)，作为一种半经验近似，可以取上述两式的平均

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值作为俄歇电子的能量，并且取＝„＝1。此时有：

11EWXYZEWYXZEWZEZ1EZEYZ1EYZ,XX22这种估算结果和实际测量的结果很接近。

对于固体材料，如果不考虑涉及价带的俄歇过程，则俄歇电子还要克服逸出功才能发射出去。因此，俄歇电子的能量为：

11EWXYZEWYXZEWZEZ1EZEYZ1EYZs XX22s是材料的逸出功,即费米能及至真空能级的能量差。

另外，由于从样品中发射出去的俄歇电子，到达分析仪器后才能分析。由于两者之间存在着接触电位差，俄歇电子的能量还要损失： a-s,其中a为分析器材料的逸出功。所以，最终俄歇电子的能量为：

11EWXYZEWYXZEWZEZ1EZXX2EYZ1EYZa 2由于设备材料的逸出功已知，所以可以很容易的知道俄歇电子的能量。如果俄歇过程涉及到价带，由于价带有一定的宽度，则俄歇峰会变宽。原因是:设价带的宽度是△Ev，当X，Y位于价带顶与X，Y位于价带底，则峰宽至少为2△Ev。

另外：H不可能发生俄歇过程，He一般也不能发生俄歇过程。Li的KLL俄歇过程其实就是KVV过程(V代表价带)。

利用俄歇电子的能量可以定性判断元素的种类。4.俄歇电流的计算

假设一次电子能量为Ep，束流为Ip。入射方向与固体表面垂直。假定能量分析器只能接受出射方向与表面法线方向夹角在范围内的电子。这样的电子处于立体角内。特作如下近似：

⑴ 只有深度在3cos范围内产生的俄歇电子，才对俄歇电流有贡献。在此区域内，Ep与Ip保持不变。ni表示表面i元素的单位体积原子数。

⑵ 俄歇电子的发射方向是各项同性的。能量分析器所接收的占方向总数的/4，近似等于能量分析器的传输率。

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IA0IPQWniPWXY4ZcosedZIQnPcos PWiWXY4QW是电离截面。PWXY表示产生WiXpYq俄歇跃迁的几率。Z是到表面的垂直距离。

上式中未考虑背散射电子的贡献，因而是不准确的。一次电子轰击材料的表面，会遇到弹性和非弹性散射。其中有的一次电子，经过一次或者多次散射后被散射回来。这就是背散射电子。假如背散射电子的能量大于EW，也能使得Wi能级的电子电离，促使俄歇跃迁发生。这样，就增强了俄歇电流。定义B为“背散射增强因子”。

另外，表面粗糙度对俄歇电流也有影响。光滑表面比粗糙表面俄歇电流大。定义R为“表面粗糙度因子”，R一般不大于1。最后有：

IABRsecIPniPQWXYW4cos 入射角度与表面法线成角。

5.俄歇电子能谱仪

在实用的俄歇谱仪(图3和图4)中，一次电子束的能量 Ep通常为3 keV~10 keV。用来分析的俄歇电子的能量一般在0~2000 eV左右。一般说来，对于原子序数低的原子，用KLL线；中等时用LMM线，高序数用MNN线，更高的用NOO线。

图3俄歇电子能谱仪原理示意图

三．实验仪器及样品的制备

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仪器名称：AES电子能谱仪

仪器型号：美国 Physical Electronics, Inc公司生产, PHI-700型(如图4)主要技术指标：

1．主真空室：5×10－10 Torr 2．SEM 解析度：<6 nm 3．分析能量解析度：<0.5% 4.分析深度：<0.5 nm 5.探测极限：1 at.‰

俄歇电子能谱仪要在高真空下工作。俄歇电子能谱仪的分析方法有：化学价态分析，微区分析，界面分析；实验方法：点分析，深度剖析，线分析和面分析。俄歇电子能谱的应用主要包括以下方面，表面清洁、表面吸附和反应、表面扩散、薄膜厚度、界面扩散和结构、表面偏析，化学态分析、失效分析、材料缺陷、摩擦润滑、催化剂和原位真空断裂。俄歇电子能谱仪可以分析固体样品和液体样品，但固体样品需要预处理；样品必须保持洁净、防止污染，需要碰样品时必须戴上一次性手套；对于挥发性样品、表面污染样品及带有微弱磁性的样品需要进行预处理；样品的尺寸不需要太大，只要宏观肉眼可见即可[2]。

图4 PHI-700型俄歇电子能谱仪结构示意图

四．俄歇电子能谱在材料分析中的应用

俄歇电子能谱在材料表面分析中具有重要的应用，具体举例如下： 1)材料失效分析。通过分析断口的化学成分和元素分布，从而了解断裂的原因。

2)表面元素定性分析。俄歇电子的能量仅与原子弹轨道能级有关，而与入

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射电子能量无关。AES技术可以对除 H、He以外的所有元素进行全分析。俄歇电子能谱的采样深度很浅，一般金属材料为 0.5~2.0 nm，有机物为 1.0~3.0 nm。

3)表面元素半定量分析。样品表面出射俄歇电子强度与样品中该原子的浓度有线性关系，利用该关系可以进行元素的半定量分析，但一般不能给出分析元素的绝对含量，仅能提供元素的相对含量。

4)表面元素价态分析。虽然俄歇电子的动能主要由元素的种类和跃迁轨道决定，但由于原子外层轨道电子的屏蔽效应，内层能级轨道和次外层轨道上电子结合能，在不同化学环境中不一样，而有一些微小差异。

5)表面元素分布分析。通过面分析，可把某个元素在某一区域内的分布以图像方式表示出来。把表面元素分布分析与俄歇化学效应结合起来，还可以获得化学价态分布图。

参考文献

[1] 周玉, 武高辉编著.材料分析测试技术 [M].哈尔滨工业大学出版社, 1998 [2] 张录平, 李晖, 刘亚平.俄歇电子能谱仪在材料分析中的应用 [J].分析仪器, 2009, 4.

第三篇：纳米表征与测量教研室

纳米材料与先进制造教研室

1.主要研究内容

通过对纳米结构维度、表面结构等的精确调控，赋予各单一纳米特性精准化；发展多级次纳米制造的新方法和新技术；实现纳米结构表面化学反应的调控；揭示纳米结构及表界面效应等对功能的调控作用。

具体的研究方向包括单纳米颗粒的制备、纳米基元的多级次组装、纳米结构的催化效应、纳米材料的应用等。

1)单纳米颗粒的精准制备

单纳米颗粒的精准制备是纳米材料制备中最具挑战性的问题。通过调控纳米颗粒的成核及生长过程，发展尺寸、晶面、缺陷结构纳米基元制备方法，通过控制晶面和定向表面修饰等手段赋予纳米颗粒空间各向异性，挑战单分散纳米材料的合成极限；赋予单一纳米体系结构与功能的精准特性；调控粒子间的各种相互作用，实现单分散超级纳米粒子的精准可控制备。

2)纳米基元的多级次组装

纳米基元的多级次组装是纳米效应传递并放大至宏观体系的基础。提出并发展可控制备大尺度（尺度范围为1平方毫米至1平方厘米）多级次有序自组装体的新方法，实现纳米颗粒大范围有序可控多级次构建；阐明多级次组装体新的物理化学性质及跨尺度性能传递与协同规律，揭示构建机制；有效实现与当前微加工技术的无缝连接，实现有序组装体的规模化制备与集成，为实际应用奠定基础。

3)纳米结构的催化效应

纳米结构的催化效应是纳米材料的最重要的应用之一。利用纳米材料独有的结构/形貌效应、（量子）尺寸效应、表面、界面效应，改变纳米催化材料的电子结构、活性位和空间限域特性，进而调控催化剂与反应分子间的电子传递、相互作用、基元反应过渡态的结构及其相对能量变化，实现催化剂性能的根本改变。瞄准重要化工工程，力争获得重大突破，为相关产业过程的技术革命提供科学和技术支撑。

4)纳米材料的制造与应用

纳米材料的制造技术是纳米科技规模应用的基础。以各类通用高分子材料为基体，以无机或金属纳米材料为填充物，制造具有优良力学和热学性能、同时具有光电磁特性的各类新型功能纳米复合材料。其核心是对纳米材料表面性能及其在高分子材料基体中分散状态的精确调控，从而实现材料核心性能的大幅提高和综合性能的优化。以满足社会经济和国民生活需求为目标，实现新型材料的大规模、低成本生产。

2.拟解决的重大科学问题

发展精准纳米结构合成和组装新概念、新方法，实现重大应用前景的纳米结构的多级次制造。

3.重大突破目标

重大科学目标：建立原子水平精准制备纳米颗粒的新方法和新技术，发展单纳米颗粒尺寸、维度、晶面、缺陷、组分、表面结构等的精确控制策略，赋予单一纳米特性精准化；发展跨尺度精准组装和精准制备的新方法，实现多级次、大面积复杂结构的可控构筑，揭示纳米特性的跨尺度传递规律；利用对纳米催化剂表界面结构及电子态的精准调控，揭示多级次结构与催化性能间的构效关系，显著提高重要工业反应的催化性能；发展新型纳米材料制备与加工技术，实现新型纳米材料的规模化生产与实际应用。

第四篇：萘系减水剂的研究进展

萘系减水剂的研究进展

化学学院

化学（师范）专业

2011级

余苑

指导教师

李荣

摘 要：萘系减水剂是我国使用最广泛的混凝土外加剂，其技术水平对它的使用有着重要的影响。本论文介绍了萘系减水剂的分类、合成及性能特点，总结出了近年来萘系减水剂在坍落度损失的减少，减水率的提高，萘系混凝土强度的增强等方面的研究成果。并且总结出了将不同类别减水剂复合使用的效果研究。

关键词：萘系减水剂；合成机理；研究进展

Abstract：Naphthalene superplasticizer is the most widely used in China, it has an important influence on the technical level of its use.This paper introduced the classification, synthesis and properties of naphthalene superplasticizer;Naphthalene superplasticizer was summed up in reducing slump loss, water reducing rate increase, naphthalene concrete strength enhancement for the research results in recent years.And I summed up the effect of different types of superplasticizer in composite use.Key words：Naphthalene super plasticizer；Synthesis mechanism；Research progress 引言

减水剂是最主要的建筑外加剂之一，其技术水平对它的使用有着重要的影响。当前我国减水剂的使用率远低于国际水平。目前，国际上对于高效减水剂的研究热点是聚羧酸类高效减水剂及复合型减水剂，但由于合成聚羧酸系减水剂的原材料选择十分有限，故这类减水剂在国内的研究尚处于实验室阶段，国内应用最多的高效减水剂是萘系减水剂，在混凝土中添加萘系减水剂不仅能够使混凝土的强度提高，而且还能改善其多种性能，如抗磨损性、抗腐蚀性、抗渗透性等。而其

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它的非萘系减水剂产品虽然市场前景广阔，但也因成本和技术性问题，未能得到大规模的应用。资料显示，25万吨，其中萘系减水剂就达20多万吨，占80%以上。

随着高层建筑和商品混凝土的发展，合成高质量的萘系高效减水剂具有较大社会效益和经济效益[1]。因此，对萘系减水剂研究是非常广泛而且必要的。本文依据“循序渐进”的思想，将近年来我国对萘系减水剂的研究成果进行分类、整理、归纳与总结。为进一步对萘系高效减水剂的研究及应用提供依据。萘系减水剂简介

2.1减水剂的定义及分类

减水剂是一种在维持混凝土坍落度不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂。加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。根据其减水及增强能力，分为普通减水剂（又称塑化剂）和高效减水剂（又称超塑化剂）；根据减水剂的化学成分组成，分为水质素磺酸盐类减水剂类，萘系高效减水剂类，三聚氰胺系高效减水剂类，氨基磺酸盐系高效减水剂类，脂肪酸系高减水剂类，聚羧酸盐系高效减水剂类；根据凝结时间分为标准型、早强型和缓凝型[2]。2.2萘系减水剂的特点

不同的减水剂各有不同的特点，那么萘系减水剂主要特点是：

1、在强度和坍落度基本相同时，可减少水泥用量10-25%；

2、在水灰比不变时，使混凝土初始坍落度提高10cm以上，减水率可达15-25%；

3、对砼有显著的早强、增强效果，其强度提高幅度为20-60%；

4、改善混凝土的和易性；

5、对各种水泥适应性好，与其它各类型的混凝土外加剂配伍良好；

6、特别适用于在以下混凝土工程中使用：流态混凝土、塑化混凝土、蒸养混凝土、抗渗混凝土、防水混凝土、自然养护预制构件混凝土、钢筋及预应力钢筋混凝土、高强度超高强度混凝土；

7、混凝土坍

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落度经时损失较大，半小时坍落度损失近40%。所以萘系减水剂的产品在坍落度、减水率以及强度方面性能不高，还有待提升[3]。萘系减水剂的研究进展

3.1 降低萘系减水剂坍落度的研究

前面提到萘系减水剂在应用过程中存在坍落度损失比较严重的问题，混凝土运至施工现场后，流动性大大降低，直接影响到减水剂的使用效果，因而如何有效控制坍落度损失，是进一步推广应用高效减水剂和开发混凝土新技术急需解决的问题。目前，解决萘系减水剂应用中坍落度损失的方法有：复合缓凝剂法，外加剂后掺法，外加剂分批掺入法，引气剂隔离水泥颗粒法等。3.1.1改性萘系减水剂的研究

为适应绿色高性能混凝土发展的需要，混凝土外加剂的绿色化也成为必然。淀粉作为一种产量大、可再生的资源得到了广泛研究。赵平[4]等用经氧化醚化等改性制得的氧化醚化淀粉（OES）与萘系减水剂复配改性，研究了改性萘系减水剂对水泥基材料性能的影响。结果表明，改性萘系减水剂能有效改善萘系减水剂的保坍行为，使水泥浆体保持较长的塑化时间，水泥水化诱导期明显延长；掺13%改性萘系减水剂的水泥浆体2h坍落度损失仅为6%，远小于掺萘系减水剂的56%；与掺萘系减水剂的水泥浆体相比，当改性萘系减水剂中OES含量为5%-13%时，水泥净浆流动度2h损失减小了17%-89%，28d水泥胶砂强度则相应提高了12%-20%。

3.1.2缓释型萘系减水剂的研究

改性萘系混凝土的坍落度是先增加后减小，所以缓凝剂会影响混凝土的早期强度的发展,这在很多场合是很不适用的。相比之下，缓释法是一种很有前途的方案，采用具有缓释性能的减水剂，一次掺加，缓慢释放，使体系中减水剂的浓度得到持续增长，以达到降低坍落度损失的目的，且对混凝土的早期强度不会产生

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不利影响。于是，对缓释型萘系减水剂展开了研究。

王素娟[5]等运用共沉淀法合成了萘系减水剂插层MgAl-LDH的缓释材料。XRD（X射线衍射）图谱显示，萘系减水剂插层MgAl-LDH后，层间距从原来的0.76nm增大到1.06nm，说明萘系减水剂已经进入层间；FTIR（傅氏转换红外线光谱分析仪）谱表明，萘系减水剂插层MgAl-LDH后，保留了LDH层状结构的吸收峰，在1035.6和1123.1cm-1处出现了萘系减水剂中-SO3基团的吸收峰，说明萘系减水剂已经进入层间；在H2O和Na2CO3水溶液考察的缓释性能的结果表明，合成的缓释型萘系减水剂具有明显的缓释效果，其缓释机理主要为客体阴离子与介质中CO32-的离子交换过程，释放速率较大的初期符合一级动力学方程。共沉淀法简单易行，所得缓释型萘系减水剂具有明显的缓释效果，在混凝土外加剂等领域可望有重要应用前景。水泥净浆流动度测试表明，相比商品萘系减水剂，它有明显的缓释效果。

3.1.3丙烯酸改性萘系高效减水剂

尹全勇[6]丙烯酸改性萘系高效减水剂意在原有萘系高效减水剂的分子结构中通过化学合成引入羧基。以多羧酸高效减水剂常用原料丙烯酸为改性剂，在萘系高效减水剂合成工艺的基础上，通过优化原料比例、反应时间等对萘系高效减水剂进行改性。使用沉降试验方法时合成过程进行在线监测，并对合成产物的分散性能进行初步测试。结果表明，丙烯酸改性茶系高效减水剂在保持原有萘系高效减水剂分散效果的同时，显著提高了分散效果的保持时间，使坍落度损失减小。

3.2提高萘系减水剂综合性能的研究

萘系减水剂在我国运用最广泛，但是其缺点除了坍落度损失大以外，减水率不高，萘系混凝土强度不够等缺点也是需要改进的重点。因此，对提高萘系减水剂的综合性能进行了一定的研究。例如合成了新型萘系减水剂、苯酚改性萘系减水剂、葡萄糖酸钠改性萘系减水剂和羟基改性萘系减水剂。3.2.1 新型萘系减水剂

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刘潮霞等用廉价的草浆碱木素和萘等为原料，将萘与浓硫酸磺化，降温加水水解，并将β-萘磺酸加热熔化，加入计量的草浆碱木素，补加浓硫酸，并加入甲醛，控温，最后再用氢氧化钠中和pH至7－9，合成了新产品——新型萘系减水剂。该减水剂具有萘系和木素磺酸盐系减水剂各自的优点，减水率高，坍落度损失少，合成成本低。产品经研究分析得出以下结论：（1）产品的最佳掺量为0.9%，此产品的减水率为44.74%，比普通萘系减水剂提高了一半多；（2）当水灰比为0.35，产品的掺量为0.9%时，水泥净浆流动度为214mm，流动性优于普通萘系减水剂及其简单复合物；（3）合成成本降低了20%左右(由市场调查，工业萘6000-7000元/t，碱木素1000元/t)。实验结果可看出，不仅有效地利用了草浆造纸的污染物，还大大降低了萘系减水剂的合成成本，且减水性能也优于普通萘系减水剂。3.2.2 苯酚改性萘系减水剂

苯酚萘系减水剂是将苯酚加入萘系减水剂中，达到改性提高萘系减水剂质量的目的。萘系减水剂的操作参数按现行生产经验已经确定，改性苯酚磺化液是在缩合过程中加入的，所以苯酚改性萘系减水剂只有缩合阶段发生变化，不影响其他阶段。影响缩合阶段的的主要因素有加入的苯酚磺化液量，改性甲醛量，改性酸量，其他因素影响不大。

李洋[8]通过大量实验，根据改性的目的确定了影响缩合过程加入的各个化学物质的量，并且通过实验数据证明了利用苯酚改性萘系减水剂的是完全可行的。改性后的萘系减水剂的减水率大大提高，稠度和保湿度都增加了，掺量0.7时减水率达27.6%左右；净浆流动度315*318左右；30min和60min的坍落度损失值分别为12-19mm和32-35mm；强度比萘系增加了50%-80%；泌水率比为5.7%。这些实验数据可以看出苯酚改性萘系减水剂的综合性能比普通萘系减水剂大大提高。3.2.3 葡萄糖酸钠改性萘系减水剂

杨开武[9]等通过接枝改性合成葡萄糖酸钠改性萘系高效减水剂。经过接枝改性，在萘系减水剂的分子主链上接枝葡萄糖酸钠分子支链，充分发挥吸附了减水剂分子的水泥颗粒间的位阻斥力。分析合成产品的红外光谱并比较改性前后萘系减水[7]

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剂在流动度、表面张力、表面吸附量、坍落度、减水率和抗压强度等综合性能的差别。实验结果表明，通过接枝改性，使改性后的萘系减水剂的减水率提高3.39%，2h坍落度损失率减小41.49%，克服了传统萘系减水剂坍落度损失大的缺点，同时提高了混凝土的早期抗压强度。3.2.4 羟基改性萘系减水剂

宋波[10]用萘酚磺酸与萘磺酸缩合合成了羟基改性萘系减水剂。相当于部分萘磺酸甲醛缩合物的萘环上接枝羟基基团，通过羟基的强亲水性和对混凝土的缓凝作用，来提高减水率和降低坍落度损失。实验结果表明，掺经羟基改性蔡系高效减水剂的混凝土经过2小时后坍落仅损失了4.1cm，而掺普通萘系减水剂的混凝土过2小时后坍落则损失了8.5cm。可见，羟基改性萘系高效减水剂坍落度损失不及普通萘系减水剂的一半，有效地克服了萘系减水剂坍落度损失过大过快的缺点，保坍效果明显，水灰比低于掺普通萘系减水剂的混凝土，有效地增加了新拌混凝土的净浆流动性。同时，羟基改性萘系高效减水剂的减水率比普通萘系减水剂高16.7%。这几方面性能的提升为商品混凝土的使用创造了有利的条件。3.3萘系减水剂与其它减水剂复合使用的研究

目前混凝土行业主要有三代减水剂：第一代氨基磺酸系减水剂，第二代萘系减水剂，第三代聚羧酸系减水剂。陆智明[11]等研究总结了三类各自的特点，以及对比其性能，发现单一对减水剂的研究是不够的，将不同类的减水剂混合使用也是人们的研究方向，希望将不同类别减水剂的不同优点集中在一起那么减水剂的性能可能会大大提高。

3.3.1 氨基磺酸系与萘系减水剂的复合效应

利用常用的氨基磺酸系减水剂和萘系减水剂进行复合效应，并检验复合效应之后的效果。王中[12]等通过对比试验来测量四种型号、不同条件的水泥单独利用氨基磺酸系减水剂的效果及单独利用萘系减水剂进行分析，再将氨基磺酸系与萘系减水剂按照不同的比例复合检测减水剂的对水泥的使用效果。氨基磺酸系与萘系减水剂复合减水剂使用量减少，依赖效果明显增加。通过大量实验研究结果表明，第 6 页（共 9 页）

两者复配具有良好的效果，净浆流动度有着明显的提高，同时在复配过程中复配效果和减水剂对水泥适应性有较大关联。3.3.2 聚羧酸系和萘系高效减水剂的复合效应

袁泽洋[13]等研究了聚羧酸系减水剂和萘系减水剂单掺及复掺对混凝土坍落度和蒸养强度的影响。分别测试了（1）萘系减水剂单掺对混凝土坍落度和蒸养强度的影响；（2）聚羧酸系减水剂单掺对混凝土坍落度和蒸养强度的影响；（3）聚羧酸系减水剂与萘系减水剂复合使用对混凝土坍落度和蒸养强度的影响。这三组实验进行对比的结果可知，聚羧酸系减水剂和和萘系减水剂单掺时，随掺量增大，混凝土拌合物流动性增大，但对强度而言，存在最佳掺量，此时蒸养强度及蒸养后再标养28d强度达到最大。而聚羧酸系减水剂和萘系减水剂复掺时，与单掺聚羧酸系减水剂相比，混凝土拌合物流动性降低，在最佳掺量时，蒸养强度和蒸养后再标养28d强度所达到的最大值也降低。所以，聚羧酸系减水剂与萘系减水剂复合使用会降低其性能，对坍落度和蒸养强度都是不利的，不宜复合使用。

靳秀芝[14]等人也对复合高效减水剂的性能进行了研究，得到了与上述王中和袁泽洋等人相同的结论。

综上，关于不同类复合减水剂的使用不是都能提高其性能，氨基磺酸类与萘系复合使用能达到协同的作用，而聚羧酸系与萘系复合却产生拮抗的作用，因而不宜复配使用。结论与展望

4.1结论

近年来，作为混凝土不可缺少的组成部分，为了使减水剂能发挥更优的性能，让我们的混凝土行业朝着健康、安全、绿色、环保的方向发展，对萘系减水剂相关性能的研究是连续不断的。研究成果突出表现在：萘系减水剂的坍落度损失，减水率不高，净浆流动度以及萘系混凝土抗压强度等方面得到很大改善，大大提

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高了萘系减水剂的性能，带来更大的社会效益和经济效益。4.2展望

我国对萘系减水剂的研究已有三十多年历史，因其操作简单，价格低廉并且性能相对优良，使得它成为目前我国使用最为广泛的混凝土添加剂。但是就性能来讲，减水率不高，坍落度损失大，净浆流动度低，迫切需要进行改进，研究出高效的萘系减水剂。

当下，对萘系减水剂减水率与坍落度的改良研究已经有所成绩，但也存在着很多问题需要在以后进一步研究改善。具体表现在：

1、苯酚改性萘系减水剂的研究中，在现行萘系减水剂工艺流程中如何增加苯酚磺化液萃取工艺和萃取剂回收装置，以及增加多少投资的问题；

2、生产新型的减水剂或者改性的萘系减水剂成本会提高多少，性能提高相应成本提高后对市场销售又有哪些影响；

3、能不能找出相似的更便宜的原料降低其成本。这些问题都是尚需深入开展的研究工作。

参考文献: [1] 卞荣兵.高效萘系减水剂的合成与性能测试[J].化学建材,1997,28(11):265-266.[2] 张冠伦.混凝土外加剂原理与应用(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社,1996:4-9.[3] 李崇智，李永德，等.21世纪的高效减水剂[J].混凝土,2001,14(5):3-6.[4] 赵平,严云,胡志华,等.改性萘系减水剂对水泥基材料性能的影响[J].混凝土与水泥制品, 2011,36(14):6-10.[5] 王素娟,严云,胡志华,等.缓释型萘系减水剂的合成及性能[J].精细化工,2009,39(2): 197-198.[6] 尹全勇,万朝均,王冲,等.丙烯酸改性萘系减水剂的研制[J].材料导报,2007,21(5A): 255-257.[7] 刘潮霞,郑文嫣,黄丹丹,等.新型萘系减水剂的合成与性能研究[J].化学建材,2007,7(2):51-55.[8] 李洋.苯酚改性萘系减水剂[D].四川大学硕士学位论文, 2003:28-33.[9] 杨开武,李定或,喻幼卿.葡萄糖酸钠改性萘系高效减水剂的研究[J].新型建筑材料,2006,27(12):9-11.[10] 宋波.羟基改性萘系高效减水剂[J].成都师专学报,2002,21(2):45-47.[11] 陆智明,仲以林,张健.几种减水剂的性能对比及应用[J].材料研究与应用,2013,31(35):19-20.[12] 王中.氨基磺酸系与萘系减水剂复合效应试验分析[J].混凝土,2014,54(3):94-101.[13] 袁泽洋,伍勇华,南峰,等.聚羧酸系和萘系高效减水剂复合使用对混凝土蒸养强度的影响[J].混凝土与水泥制品,2012,21(11):18-21.[14] 靳秀芝,韩涛,刘正德.复合高效减水剂的配制及性能研究[J].建材技术与应

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（共

第五篇：材料表征方法思考题答案

第一章 XRD 1.X射线的定义、性质、连续X射线和特征X射线的产生、特点。

答：X射线

定义：高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。

性质：看不见；能使气体电离，使照相底片感光，具有很强的穿透能力，还能使物质发出荧光；在磁场和电场中都不发生偏转；当穿过物体时只有部分被散射；能杀伤生物细胞。

连续X射线

产生：经典物理学解释——由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。

量子力学解释——大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。

特点：强度随波长连续变化

特征X射线 产生：当管电压达到或高于某一临界值时，阴极发出的电子在电场的加速下，可以将物质原子深层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。此时的原子处于激发态。处于激发态的原子有自发回到激发态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量降低。原子从高能态变为低能态时，多出的能量以X射线的形式释放出来。因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能级差一定，故辐射出波长一定的特征X射线。特点：仅在特定的波长处有特别强的强度峰。

2.X射线与物质的相互作用

答：X射线与物质的相互作用，如图所示一束X射线通过物体后，其强度因散射和吸收而被衰减，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。

散射分为两部分，即相干散射和不相干散射。当X射线照射到物质的某个晶面时可以产生反射线，当反射线与X射线的频率、位相一致时，在相同反射方向上的各个反射波相互干涉，产生相干散射；当X射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，产生波长比入射X射线波长长的X射线，且波长随着散射方向的不同而改变，这种现象称为不相干散射。其中相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。

物质对X射线的吸收是指X射线通过物质时，光子的能量变成了其它形式的能量，即产生了光电子、俄歇电子和荧光X射线。当X射线入射到物质的内层时，使内层的电子受激发而离开物质的壳层，则该电子就是光电子，与此同时产生内层空位。此时，外层电子将填充到内层空位，相应伴随着原子能量降低，放出的能量就是荧光X射线。当放出的荧光X射线回到外层时，将使外层电子受激发，从而产生俄歇电子而出去。产生光电子和荧光X射线的过程称为光电子效应，产生俄歇电子的过程称为俄歇效应。示意图见下：

散射 X射线（相干、非相干散射）；

电子（反冲电子、俄歇电子、光电子、荧光 X射线）； 透过射线； 热能。

3.X射线衍射原理。布拉格方程的物理意义

答：X射线衍射原理，即布拉格定律：2dsinθ=nλ 式中d为晶面间距，θ为入射束与反射面的夹角，λ为X射线的波长，n为衍射级数，其含义是：只有照射到相邻两镜面的光程差是X射线波长的n倍时才产生衍射。

4.X射线衍射实验方法。粉末衍射仪的工作方式、工作原理。

答：在各种衍射实验方法中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法。单晶X射线衍射分析的基本方法为劳埃法与周转晶体法。多晶X射线衍射方法包括照相法与衍射仪法。粉末衍射仪的工作方式中，常用的有两种，即连续式扫描和步进式扫描。

5.X射线粉末衍射法物相定性分析过程及注意的问题

答：物相分析过程： ①首先用粉末照相法或粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射花样或图谱。②通过对所获衍射图谱或花样的分析和计算，获得各衍射线条的 2θ、d值及相对强度大小 I/I。③使用检索手册，查寻物相 PDF 卡片号。④若是多物相分析，则在上一步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复上述步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。应注意的问题：（1）一般在对试样分析前，应尽可能详细地了解样品的来源、化学成分、工艺状况，仔细观察其外形、颜色等性质，为其物相分析的检索工作提供线索。

（2）尽可能地根据试样的各种性能，在许可的条件下将其分离成单一物相后进行衍射分析。（3）由于试样为多物相化合物，为尽可能地避免衍射线的重叠，应提高粉末照相或衍射仪的分辨率。（4）对于数据 d值，由于检索主要利用该数据，因此处理时精度要求高，而且在检索时，只允许小数点后第二位才能出现偏差。

（5）特别要重视低角度区域的衍射实验数据，因为在低角度区域，衍射所对应 d 值较大的晶面，不同晶体差别较大，衍射线相互重叠机会较小。

（6）在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致地进行检索，力求全部数据能合理解释。（7）在物相定性分析过程中，尽可能地与其它的相分析结合起来，互相配合，互相印证。

6.简述现代材料研究的X射线实验方法在材料研究中有哪些主要应用。

答：研究晶体材料，X射线衍射方法非常理想非常有效，而对于液体和非晶态物固体，这种方法也能提供许多基本的重要数据。所以X射线衍射法被认为是研究固体最有效的工具。主要应用如下：

★物相分析；

★多晶体点阵常数的精确测定； ★应力的测定；

★晶粒尺寸和点阵畸变的测定； ★单晶取向和多晶织构测定。

7.试推导布拉格方程，并对方程中的主要参数范围确定进行讨论。（必考）

讨论如下：

（1）布拉格方程描述了“选择反射”的规律。产生“选择反射”的方向是各原子面反射线干涉一致加强的方向，即满足布拉格方程的方向；

（2）布拉格方程表达了反射线空间方位（θ）与反射晶面间距（d）及入射方位（θ）和波长（λ）的相互关系；

（3）入射线照射各原子面产生的反射线实质是各原子面产生的反射方向上的相干散射线，而被接收记录的样品反射线实质是各原子面反射方向上散射线干涉一致加强的结果，即衍射线；

（4）布拉格方程由各原子面散射线干涉条件导出，即视原子面为散射基元，原子面散射是该原子面上各原子散射相互干涉（叠加）的结果。

(5)衍射产生的必要条件 “选择反射”即反射定律＋布拉格方 程是衍射产生的必要条件。

①布拉格方程由原子面反射方向上散射线的干涉(一致)加强条 件导出，而各原子面非反射方向上散射线是否可能因干涉(部分)加强从而产生衍射线呢? ②“选择反射”作为衍射的必要条件，意味着即使满足“选择反 射”条件的方向上也不一定有反射线。

由于sinθ<1，所以nλ/2d = sinθ<1, 即nλ<2d，对于衍射而言，n的最小值为1，所以在任何可观测的衍射角度下，产生衍射的条件为：λ<2d。这就是说，能够被晶体衍射的电磁 波的波长必须小于参加反射的晶面的最小面间距的2倍。同理，必然有d >λ/2，即：只有那些晶面间距大于入射X射线波长一半的晶面才能发生衍射。

思考题：

1． 如何提高显微镜分辨本领，电子透镜的分辨本领受哪些条件的限制？

答：所谓分辨本领，是指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离。通常，我们以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。确定光学透镜分辨本领d0的公式为d0=0.61λ/(n·sin@)=0.61λ/(N·A)透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。

电子透镜的分辨本领随加速电压的提高而提高。透镜的实际分辨本领除了与衍射效应有关以外，还与透镜的像差有关。对于光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组合等办法来矫正像差，使之对分辨本领的影响远远小于衍射效应的影响，但是电子透镜只有会聚透镜，没有发散透镜，所以至今还没有找到一种能矫正球差的办法。这样，像差对电子透镜分辨本领的限制就不容忽略了。

像差分球差、像散、畸变等，其中，球差是限制电子透镜分辨本领最主要的因素。

2． 透射电子显微镜的成像原理是什么？

答：它的成像原理与阿贝衍射像原理一样，经过两个过程：物—>衍射线—>物。

阴极灯丝产生的电子经过阳极加速，然后被栅极和聚光镜会聚成一束亮度高、相干性好的电子束斑，电子束斑通过一定的角度入射到晶体样品表面从而得到衍射线，衍射线经过物镜和中间镜，再经过投影镜的多次成倍的放大（总放大倍率为M总=M物*M中*M投），将图像投影到荧光屏上。通过调整中间镜的透镜电流，当中间镜的物平面与物镜的背焦面重合时，在荧光屏上出现衍射花样；中间镜的物平面与物镜的像平面重合时，则出现显微像。

3.扫描电子显微镜的工作原理是什么？

答：扫描电镜的成像原理和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放大成像，而是象闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。

4.相对光学显微镜和透射电子显微镜、扫描电镜各有哪些优点？

答： 扫描电镜：

（1）目前大多数商品扫描电镜放大倍数为 20～20000 倍，并且连续可调。介于光学显微镜和透射电镜之间。这就使扫描电镜在某种程度上弥补了光学显微镜和透射电镜的不足。

（2）扫描电镜以景深大而著名。（3）样品制备简单。

5．为什么透射电镜的样品要求非常薄，而扫描电镜无此要求？

答：在透射电镜中，电子束是透过样品成像的，而电子束的穿透能力不大，这就要求要将试样制成很薄的薄膜样品。而扫描电镜是收集的电子束与样品作用后从表面溢出的各种信息。

6．与X射线衍射相比，（尤其透射电镜中的）电子衍射的特点是什么？

答：晶体对电子波的衍射现象，与 X 射线衍射一样，一般简单地用布喇格定律加以描述。当波长为λ的单色平面电子波以掠射角θ照射到晶面间距为dhkl的平行晶面组(hkl)时(图4.21)，若满足布喇格(Bragg)方程2d sinθ=nλ则在与入射方向成 2θ角方向上，相邻平行晶面反射波之间的波程差为波长的整数倍，各层晶面的原子的散射在2θ方向上具有相同位相，它们因相互加强而产生该晶面组的衍射束。由于入射束S0、衍射束S与衍射晶面的法线Nhkl在同一平面内，与几何光学上的反射规律相似，所以习惯上常把晶体的衍射说成是满足布喇格条件的晶面对入射束的反射。

特点：

1)透射电镜常用双聚光镜照明系统，束斑直径为 1～2μm，经过双聚光镜的照明束相干性较好。

2)透射电镜有三级以上透镜组成的成像系统，借助它可提高电子衍射相机长度。普通电子衍射装置相机长度一般为 500mm 左右，而透射电镜相机长度可达 1000～5000mm。

3)可以通过物镜和中间镜的密切配合，进行选区电子衍射，使成像区域和电子衍射区域统一起来，达到样品微区形貌分析和原位晶体学性质测定的目的。

7．选区电子衍射和选区成像的工作原理是什么，这两种工作方式有什么应用意义？

简单地说，选区电子衍射借助设置在物镜像平面的选区光栏，可以对产生衍射的样品区域进行选择，并对选区范围的大小加以限制，从而实现形貌观察和电子衍射的微观对应。选区电子衍射的基本原理见图。选区光栏用于挡住光栏孔以外的电子束，只允许光栏孔以内视场所对应的样品微区的成像电子束通过，使得在荧光屏上观察到的电子衍射花样仅来自于选区范围内晶体的贡献。实际上，选区形貌观察和电子衍射花样不能完全对应，也就是说选区衍射存在一定误差，选区域以外样品晶体对衍射花样也有贡献。选区范围不宜太小，否则将带来太

大的误差。对于100kV的透射电镜，最小的选区衍射范围约0.5μm；加速电压为1000kV时，最小的选区范围可达0.1μm。

8．扫描电镜应用的物理信号主要有哪些？

二次电子，背散射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子等。

9．扫描透射电镜(STEM)有哪些特点？

STEM是既有透射电子显微镜又有扫描电子显微镜的显微镜。象SEM一样，STEM用电子束在样品的表面扫描，但又象TEM，通过电子穿透样品成像。STEM能够获得TEM所不能获得的一些关于样品的特殊信息。STEM技术要求较高，要非常高的真空度，并且电子学系统比TEM和SEM都要复杂。

优点

1.利用扫描透射电子显微镜可以观察较厚的试样和低衬度的试样。

2.利用扫描透射模式时物镜的强激励，可以实现微区衍射。

3.利用后接能量分析器的方法可以分别收集和处理弹性散射和非弹性散射电子。

10．电子探针仪与X射线谱仪从工作原理和应用上有哪些区别？ 电子探针仪：

电子探针(EPMA)利用高速运动的电子经电磁透镜聚焦成直径为微米量级的电子束探针，从试样表面微米量级的微区内激发出X射线再经过WDS分析，从而进行微区成分分析。

X射线谱仪： 能量色散谱仪（Energy Disersive Spectrometer，简称能谱仪/EDS）是用X光量子的能量不同来进行元素分析的方法，能谱仪的方框图如图8－1。X光量子由锂漂移硅探测器（Si(Li)detector）接受后给出电脉冲信号，由于X光量子的能量不同，产生的脉冲高度（幅度）也不同，经过放大器放大整形后送入多道脉冲高度分析器。在这里，严格区分光量子的能量和数目，每一种元素的X光量子有其特定的能量EEn1En2，例如铜KX光量子能量为8.02keV，铁的KX光量子的能量为6.40keV，X光量子的数目是用作测量样品中铁元素的相对百分比，即不同能量的X光量子在多道分析器的不同道址出现，然后在X—Y记录仪或显像管上把脉冲数—能量曲线显示出来，这是X光量子的能谱曲线。横坐标是X量子的能量（道址数），纵坐标是对应某个能量的X光量子的数目。

区别：

SEM追求高分辨本领，用三个透镜的电子光学系统以得到直径为几个纳米，束流足够强的细聚焦的电子。

EPMA以成分分析为主，试样室上应放置多个WDS，要求有相当的电子束流激发X射线（电子束粗），并装以光镜以寻找观察范围和精确调整试样的高低位置。所以物镜和试样室要特殊考虑。

11．电子探针X射线显微分析仪有哪些工作模式?

一、能谱定性分析；

二、能谱定量分析：

1、定点定性分析，2、线扫描分析，3、面扫描分析。

12．何为扫描隧道显微镜，它的工作原理是什么？

扫描隧道显微镜是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它是用一个极细的尖针，针尖头部为单个原子去接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近，即小于１纳米时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠。此时若在针尖和样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级１０Ａ的隧道电流。通过控制针尖与样品表面间距的恒定，并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可将表面形貌和表面电子态等有关表面信息记录下来。

二、扫描隧道显微镜基本原理

扫描隧道显微镜的基本原理是利用量子力学理论中的隧道效应。

对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不能等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应。

扫描隧道显微镜的基本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近（约为1到10nm）时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。

电流I与两电极的距离S成负指数关系：

I∝V exp(－KS)其中(2/)Kmh

，m为自由电子的质量，Φ为有效平均势垒高度，V为针尖与样

品间的偏置电压。隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x—y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。

13．简述差热分析的原理，并画出DTA装置示意图。原理：

差热分析是在程序控温下，测量物质和参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术。当试样发生任何物 理或化学变化时，所释放或吸收的热量使样品温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上得到放热或吸热峰。

差热分析仪主要由加热炉、温差检测器、温度程序控制仪、讯号放大器、量程控制器、记录仪和气氛控制设备等所组成。

14．热分析用的参比物有何性能要求？

整个测温范围无热反应，比热与导热性与试样相近，粒度与试样相近。

15．影响差热分析的仪器、试样、操作因素是什么？

答：仪器因素（炉子的结构和尺寸、坩埚材料和形状、热电偶性能与位置）试样方面的因素（热容量和热导率变化、试样的颗粒度、用量及装填程度、试样的结晶度与纯度、参比物）操作因素（升温速率、炉内压力和气氛）16．为何DTA仅能进行定性和半定量分析？DSC是如何实现定量分析的？

答：在 DTA分析中试样与参比物之间时常存在着温度差，两者之间存在着热损失、热交换，且测温灵敏度较低，因此难以进行准确的定量分析。DSC 技术利用功率补偿法使试样与参比物温度始终保持一致，尽量避免两者之间的热交换和热损失差异，或者利用热流法精确控制仪器的测温灵敏度，从而达到准确的定量分析目的。

17．阐述DSC技术的原理和特点。

示差扫描量热法是在程序控制温度下,测量输入到试样和参比物的功率差与温度之间关系的一种技术。原理：示差扫描量热法对试样产生的热效应能及时得到相应补偿，使得试样与参比物之间无温差，无热交换；而且试样升温速率始终跟随炉温呈线性升温，保证补偿校正系数K值恒定。因此，不仅使测量灵敏度和精密度都大大提高，而且能进行热量的定量分析。

特点：使用的温度范围较宽、分辨能力高和灵敏度高，在测试的温度范围内除了不能测量腐蚀性物质外，示差扫描量热法不仅可以替代差热分析仪，还可以定量的测定各种热力学参数，所以在科学领域中获得广泛应用。

18．简述DTA、DSC分析样品要求和结果分析方法。

对样品的要求：①样品用量：通常用量不宜过多，因为过多会使样品内部传热慢、温度梯度大，导致峰形扩大和分辨率下降。样品用量以少为原则，一般用量最多至毫克。样品用量0.5~10mg。②样品粒度：粒度的影响比较复杂。大颗粒和细颗粒均能使熔融温度和熔融热焓偏低。样品颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。颗粒度要求：100目-300目（0.04-.15mm）④样品的几何形状：增大试样与试样盘的接触面积，减少试样的厚度，可获得比较精确的峰温值。⑤样品的结晶度、纯度和离子取代：结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，峰面积小。纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。⑥样品的装填：装填要求薄而均匀，试样和参比物的装填情况一致。

结果分析方法：

①根据峰温、形状和峰数目定性表征和鉴别物质。方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准（参考）DTA曲线对照。②根据峰面积定量分析，因为峰面积反映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参与反应的物质的量或测定热化学参数。③借助标准物质，可以说明曲线的面积与化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系。在DTA曲线中，吸热效应用谷来表示，放热效应用峰来表示；在DSC曲线中，吸热效应用凸起正向的峰表示(热焓增加)，放热效应用凹下的谷表示(热焓减少)。

19．简述热重分析的特点和影响因素。

热重法是对试样的质量随以恒定速率变化的温度或在等温条件下随时间变化而发生的改变量进行测量的一种动态技术 特点: 热重法的特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化和变化的速率，例如物质在加热过程中出现的升 华、气化、吸附或解吸以及有气体产生或有气体参加的化学反应等均可以通过热重分析仪上物质质量的改变得到反映。所以，热重法可以用来研究物质的热分解、固态反应、吸湿和脱水、升华或挥发等多种物理和化学过程，并可用于研究反应动力学。可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。影响因素:1）样品盘的影响，2）挥发物的冷凝的影响，3）升温速率的影响，4）气氛的影响，5）样品用量的影响，6）样品粒度的影响。

20．举例说明热分析技术在玻璃和微晶玻璃材料研究中的应用。

应用：测定玻璃化转变温度

玻璃化转变是一种类似于二级转变的转变，它与具有相变结晶或熔融之类的一级转变不同，是二级热力学函数，有dH/dt的不连续变化，因此在热谱图上出现基线的偏移。从分子运动观点来看，玻璃化转变与非晶聚合物或结晶聚合物的非晶部分中分子链段的微布朗运动有关，在玻璃化温度以下，运动基本冻结，到达Tg后，运动活波热容量变大，基线向吸热一侧移动。玻璃化转变温度的确定是基于在DSC曲线上基线的偏移，出现一个台阶，一般用曲线前沿切线与基线的交点来确定Tg。

影响Tg的因素有化学结构、相对分子量、结晶度、交联固化、样品历史效应（热历史、应力历史、退火历史、形态历史）等。具有僵硬的主链或带有大的侧基的聚合物将具有较高的Tg；链间具有较强吸引力的高分子，不易膨胀，有较高的Tg；在分子链上挂有松散的侧基，使分子结构变得松散，即增加了自由体积，而使Tg降低。

21．简述热分析技术在材料研究中的应用。(DCS)1.玻璃化转变温度Tg的测定

 无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达到它们的玻璃化转变时，被冻结的分子微布朗运动开始，因而热容变大，用DSC可测定出其热容随温度的变化而改变。

2.混合物和共聚物的成分检测

脆性的聚丙烯往往与聚乙烯共混或共聚增加它的柔性。因为在聚丙烯和聚乙烯共混物中它们各自保持本身的熔融特性，因此该共混物中各组分的混合比例可分别根据它们的熔融峰面积计算。

3.结晶度的测定

高分子材料的许多重要物理性能是与其结晶度密切相关的。所以百分结晶度成为高聚物的特征参数之一。由于结晶度与熔融热焓值成正比，因此可利用DSC测定高聚物的百分结晶度，先根据高聚物的DSC熔融峰面积计算熔融热焓ΔHf，再按下式求出百分结晶度。

结晶度（%）HfH*f100%