基于量子級聯(lián)激光器中紅外吸收檢測系統(tǒng)的熔融與結(jié)晶行為研究.pdf

1、熔融和結(jié)晶作為工業(yè)制造過程中重要的熱力學(xué)相轉(zhuǎn)變，一直是材料科學(xué)的熱門研究課題。隨著研究體系的豐富和研究手段的發(fā)展，大量的理論和實(shí)驗(yàn)成果加深了對于相轉(zhuǎn)變過程的理解和認(rèn)識，但是仍然存在很多科學(xué)以及工業(yè)加工等方面的難題。近年來商業(yè)化量子級聯(lián)激光器的出現(xiàn)，以其高亮度、寬調(diào)諧和窄線寬的特點(diǎn)，為這些難題的解決引入了新的視角。
　　為了滿足高分子材料加工中的中紅外在線檢測需求，研制了基于量子級聯(lián)激光器的中紅外吸收檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)可同時檢測光、

2、熱、電三種信號，既可以追蹤拉伸或者相轉(zhuǎn)變過程中的構(gòu)象變化，還能進(jìn)行取向檢測。時間分辨達(dá)到納秒級別，遠(yuǎn)高于常規(guī)傅里葉紅外光譜。同時，量子級聯(lián)激光器光源波長基本覆蓋了5.8-12μm的中紅外指紋區(qū)，使檢測系統(tǒng)能夠應(yīng)用于大多數(shù)聚烯烴類高分子材料的構(gòu)象和取向等結(jié)構(gòu)變化檢測。
　　在中紅外吸收檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展了中紅外共振吸收定點(diǎn)加熱的方法學(xué)，并應(yīng)用于二十烯的熔融再結(jié)晶行為研究。該方法學(xué)不僅可以對分子鏈上基團(tuán)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)加熱，還可以從泵浦光中

3、獲得結(jié)構(gòu)變化信息。同時將熔融結(jié)晶過程的研究時間縮短至幾十毫秒，遠(yuǎn)高于一般中紅外光譜的時間分辨。泵浦的加熱效果和二十烯的熔融行為與泵浦波數(shù)、泵浦時間和泵浦能量均相關(guān)。在這些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上還進(jìn)一步研究了二十烯在熔融前的表面平滑現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)樣品陳化時間、泵浦條件及樣品起始溫度均影響著泵浦探測實(shí)驗(yàn)中的表面平滑現(xiàn)象。
　　除此之外，還對反式-1，4-聚異戊二烯熱力學(xué)亞穩(wěn)β相的記憶效應(yīng)進(jìn)行了研究，并以熱力學(xué)穩(wěn)定α相作為參考。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明亞穩(wěn)β相反

4、而擁有比穩(wěn)定α相更強(qiáng)的記憶效應(yīng)。β相反式-1，4-聚異戊二烯在100℃仍然表現(xiàn)出很強(qiáng)的記憶效應(yīng)，也就是說記憶溫度比對應(yīng)的平衡熔點(diǎn)(78℃)高了20℃。而對應(yīng)的穩(wěn)定α相反式-1，4-聚異戊二烯則在平衡熔點(diǎn)附近就失去熔體記憶。β相的記憶熔體還表現(xiàn)出更高的成核密度和更快的晶體生長速率。這些特殊的記憶現(xiàn)象與在之前介晶等規(guī)聚丙烯研究中觀察到的現(xiàn)象類似，說明更高的記憶溫度以及更快的結(jié)晶動力學(xué)可能是亞穩(wěn)相記憶效應(yīng)所共有的特征。亞穩(wěn)β相記憶效應(yīng)更強(qiáng)可能