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第一章 聚合物X射线晶体学基础1

1.1 晶体1

1.2 高分子晶体的特点2

1.2.1 晶胞由链段构成2

1.2.2 折叠链4

1.2.3 聚合物晶体的晶胞结构重复单元4

1.2.4 结晶不完善4

1.2.5 结构的复杂性及多重性4

1.2.6 聚合物晶体的空间群5

1.3 晶胞和点阵5

1.3.1 晶胞5

1.3.2 点阵5

1.3.3 点阵点、直线点阵及平面点阵的指标8

1.4 晶体对称性、晶系与晶体空间点阵形式9

1.4.1 晶体对称性9

1.4.2 晶系16

1.4.3 平面间距（晶面间距）17

1.4.4 晶体空间点阵形式17

1.5 点群22

1.6 空间群27

1.6.1 空间群及其推导举例27

1.6.2 空间群描述37

本章小结42

习题42

参考文献43

第二章 晶态聚合物44

2.1 高分子链的组成、构筑、构型及构象44

2.2 高分子结晶过程55

2.3 外场诱变下聚合物结晶及结构59

2.3.1 重力场对聚合物形成的影响研究概况59

2.3.2 应力、热、溶剂诱变下聚合物的结构变化70

2.3.3 聚合物高压结晶和剪切场下的结晶87

2.4 晶态聚合物结构87

2.4.1 晶态高分子链的基本堆砌88

2.4.2 某些典型聚合物的晶体结构94

习题134

参考文献135

第三章 X射线物理基础138

3.1 X射线的产生及其性质138

3.2 X射线谱140

3.2.1 具有连续波长成分的连续X射线140

3.2.2 特征X射线141

3.3 X射线吸收142

3.4 X射线安全防护144

3.5 X射线源144

习题145

第四章 聚合物X射线衍射146

4.1 原理146

4.2 X射线衍射强度146

4.2.1 衍射强度公式146

4.2.2 结构因子Fhkl及其计算148

4.2.3 Ihkl的计算150

4.3 几个重要方程151

4.3.1 Bragg方程151

4.3.2 Polanyi方程153

4.3.3 Laue方程153

4.4 倒易点阵（倒易空间）154

4.4.1 矢量代数中的矢量乘法154

4.4.2 倒易点阵的概念及其与正点阵的关系155

4.4.3 倒易点阵的某些应用160

习题164

附录 Laue方程与Bragg方程的联系164

第五章 实验方法168

5.1 照相法168

5.1.1 平面底片法168

5.1.2 圆筒底片法（回转晶体法）170

5.1.3 德拜-谢乐法172

5.2 衍射仪法174

5.3 SAXS方法176

5.4 同步辐射X射线散射实验方法177

习题178

第六章 聚合物X射线衍射图分类179

6.1 回转图（纤维图）179

6.2 粉末衍射图179

6.2.1 照相法180

6.2.2 衍射仪法182

6.3 SAXS图185

习题186

第七章 聚合物材料的结构鉴定187

7.1 聚合物晶型及有规立构的分析鉴定187

7.2 聚合物物相的鉴定分析190

7.3 聚合物材料中各种添加剂的剖析193

习题193

第八章 多晶法测定聚合物晶体结构194

8.1 目的和任务194

8.2 聚合物晶体衍射的特点194

8.3 聚合物晶体结构的测定原理194

8.3.1 单胞参数及空间群的确定——圆筒底片法198

8.3.2 单胞内晶体结构重复单元的确定199

8.3.3 单胞内原子位置的确定199

习题206

第九章 聚合物材料的结晶度207

9.1 结晶聚合物的结构模型207

9.1.1 缨状胶束模型207

9.1.2 插线板模型207

9.1.3 结晶-非晶中间层208

9.2 结晶度的概念209

9.3 几种常用方法209

9.3.1 X射线衍射209

9.3.2 量热法210

9.3.3 密度测量210

9.3.4 红外光谱法211

9.4 X射线衍射方法212

9.4.1 作图法212

9.4.2 Ruland方法220

9.4.3 X射线衍射曲线拟合分峰计算法224

9.4.4 回归线法226

习题227

参考文献228

第十章 聚合物材料的取向度231

10.1 经验公式234

10.2 单轴取向234

10.2.1 单轴取向模型234

10.2.2 Wilchinsky非正交晶系取向模型240

10.3 算例243

10.3.1 聚乙烯（PE）243

10.3.2 聚丙烯腈（PAN）244

10.3.3 等规立构聚丙烯（i-PP）244

10.3.4 聚（4-甲基-1-戊烯）245

10.4 双轴取向246

10.5 取向非晶态聚合物材料的结构分析254

10.5.1 取向非晶态聚合物材料取向态结构分析的ODF方法254

10.5.2 取向非晶态聚合物材料取向态结构分析的CDF方法255

习题256

参考文献256

第十一章 聚合物材料微晶尺寸和点阵畸变258

11.1 引言258

11.2 近似函数法259

11.2.1 Scherrer法259

11.2.2 Wilson法263

11.2.3 Stokes法265

11.2.4 Voigt积分宽度法266

11.3 Warren-Averbach Fourier分析法271

11.4 Fourier单线分析法277

11.5 Hosemann次晶模型法278

11.6 方差函数法280

11.6.1 Wilson方差法280

11.6.2 方差范围函数（二次矩）法281

11.7 四次矩法284

11.8 几点说明285

习题286

参考文献287

第十二章 聚合物材料的小角X射线散射288

12.1 引言288

12.2 SAXS仪及散射原理289

12.2.1 SAXS仪289

12.2.2 单粒子散射292

12.3 产生小角散射的体系293

12.4 小角散射强度公式295

12.4.1 粒子形状相同、大小均一的稀薄体系295

12.4.2 粒子形状相同、大小不均一的稀薄体系301

12.4.3 粒子形状相同、大小均一的稠密体系304

12.4.4 稠密不均匀粒子体系309

12.4.5 取向粒子体系的散射311

12.4.6 任意体系的散射314

12.4.7 互补体系散射的互易性315

12.5 SAXS的数据处理316

12.5.1 试样要求316

12.5.2 SAXS强度数据的前处理317

12.5.3 SAXS绝对强度的计算324

12.6 Guinier作图法327

12.7 微孔大小的测定329

12.7.1 Fankuchen逐次切线法329

12.7.2 结晶粒子形状和尺寸测定331

12.8 SAXS图——长周期及散射花样335

12.9 一维电子密度相关函数（EDCF）法338

12.9.1 Strobl方法338

12.9.2 Vonk方法341

12.10 距离分布函数344

12.11 两相体系边界层厚度——Porod关系346

12.11.1 引言346

12.11.2 Porod规律的负偏离修正347

12.11.3 Porod规律的正偏离修正348

12.12 两相体系平均切割长度和比表面积的计算349

12.12.1 Porod方法计算两相体系平均切割长度349

12.12.2 Stein方法计算两相体系平均切割长度350

12.12.3 比表面积（S/V）的计算351

12.13 SAXS方法研究聚合物相行为352

12.14 分形维数363

12.15 小角中子散射370

12.15.1 中子源及SANS原理370

12.15.2 SANS仪372

12.15.3 SANS特点373

12.15.4 SANS的应用373

12.16 聚合物材料结晶过程的结晶能量计算374

12.16.1 预成核能Ec374

12.16.2 结晶成核能En375

12.16.3 晶核生长能Eg376

习题377

参考文献378

第十三章 聚合物材料掠入射X射线衍射380

13.1 引言380

13.2 掠入射X射线衍射的几何分类及实验方法简介381

13.2.1 掠入射衍射的几何分类381

13.2.2 掠入射X射线衍射仪382

13.2.3 掠入射X射线衍射实验方法简介384

13.3 掠入射衍射基本原理及应用386

13.3.1 X射线反射率386

13.3.2 掠入射X射线衍射397

习题404

参考文献404

第十四章 非晶态聚合物材料的X射线散射405

14.1 非晶态聚合物405

14.2 普适X射线散射强度方程407

14.3 非晶态材料径向分布函数（RDF）409

14.3.1 单种原子非晶态材料径向分布函数409

14.3.2 多种原子非晶态材料径向分布函数411

14.4 非晶态材料的X射线散射实验方法416

14.4.1 实验要求416

14.4.2 X射线散射实验417

14.5 X射线散射强度的数据处理418

14.5.1 空气散射强度、多重散射强度和荧光辐射418

14.5.2 偏振和吸收校正418

14.5.3 非相干散射419

14.5.4 样品散射强度的归一化420

14.6 非晶态聚合物材料结构参数的计算422

14.7 聚合物非晶态材料径向分布函数的计算示例424

习题428

参考文献428

第十五章 同步辐射X射线散射在聚合物材料研究中的应用430

15.1 同步辐射430

15.1.1 同步辐射简介430

15.1.2 同步辐射与聚合物材料432

15.1.3 上海光源小角散射实验站433

15.2 同步辐射X射线原位样品装置435

15.3 同步辐射X射线散射在聚合物研究中的实例438

15.3.1 同步辐射X射线散射研究聚合物结晶动力学438

15.3.2 同步辐射X射线散射研究嵌段共聚物相变443

15.3.3 同步辐射X射线散射研究流动场诱导聚合物结晶448

15.3.4 同步辐射X射线散射研究聚合物材料结构与性能的关系454

习题457

参考文献457

附录1 聚合物晶体学数据459

附录2 Ag,Mo,Cu,Co和Fe靶在不同衍射角（2θ）下的面间距d507

附录3 基本物理常数509

附录4 晶面间距和单胞体积510

附录5 主族元素间化学键的键长511

附录6 多原子分子的键长与键角512

附录7 部分习题参考答案513