49、红外和拉曼光谱中聚合物取向测量的基础

红外和拉曼光谱中聚合物取向测量的基础

1. 引言

在材料科学领域，分子取向扮演着至关重要的角色。从聚合物纤维到液晶显示器，从偏振滤光片到铁电开关，分子单元的取向对材料的性能有着重大影响。从更基础的层面来说，测量分子取向对于研究拉伸聚合物的变形机制也非常有价值。振动光谱是少数几种具有分子水平且对取向敏感的探测方法之一，这源于光子的方向性，光子既有传播方向，又能在垂直于传播方向的平面内偏振。为了从光谱测量中提取样品的取向信息，我们需要清楚地了解偏振光与样品在吸收和散射过程中的相互作用。

2. 聚合物取向的定义与影响因素

取向是指聚合物链或链段在受到外力作用时的优先排列（单轴或双轴）。这种取向会使材料的性能发生显著变化，这些变化可能是有益的，也可能是有害的。几乎所有聚合物中，高度的链段排列都是改善其机械、光学和电学性能的基础。影响聚合物链取向行为的因素众多，包括结晶度、相分离、自由体积、链刚性、分子摩擦、链间相互作用和链缠结等。因此，理解分子有序性、材料性能和制造工艺之间的关系是很有必要的。为了了解分子设计和加工策略如何导致最终的取向状态，需要对排列的程度和方向进行实验表征。

3. 聚合物取向的方法

制备取向聚合物的方法主要有以下几种：
- 热拉伸淬火法：在材料足够热可拉伸时进行拉伸，然后淬火，例如纤维纺丝。
- 冷拉伸法：对可冷拉伸的材料进行拉伸。
- 冷轧法：通过轧机对韧性材料进行冷轧（压延）。
此外，在聚合物溶液或熔体固化成薄膜的过程中也能诱导取向。取向聚合物通常是各向异性的，其沿特定方向的性能会受到该方向拉伸条件的影响。一般来说，单向拉伸产生单轴材料，而在两个相互垂直的方向上拉伸则产生双轴材料。不过，即使是