正电子湮没寿命谱技术应用于聚合物微观结构研究的进展.pdf

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1、第30卷第2期高分子材料科学与工程Vo1．30．No．22014年2月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGFeb．2014正电子湮没寿命谱技术应用于聚合物微观结构研究的进展廖霞，张琼文，何汀，安竹2，杨其，李光宪(1．四川大学高分子科学与工程学院高分子材料工程国家重点实验室；2．四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室，四川成都610065)摘要：聚合物的晶区堆砌密度、无定形区自由体积的尺寸和数量、晶区一非晶区的界面等微观结构，对其宏观性能，如渗透性能、力学性能、松弛行为等有重

2、要影响。正电子湮没寿命谱技术是一种强有力的微观结构探测与表征技术，能够灵敏有效地探测聚合物的晶区堆砌密度、无定形区自由体积以及两相界面等信息，从而提供了一种直接、简单的研究聚合物微观结构的途径。文中介绍了该技术的基本原理和应用理论，综述了该技术在聚合物研究领域的应用，如：聚合物本征特性与自由体积之间的关系，应力、辐照、外界压力、物理老化等外界因素对聚合物微观结构的影响，以及聚合物共混物、复合材料的相容性和界面特性等。最后总结了正电子湮没寿命谱技术在聚合物微观结构研究中存在的问题。关键词：正电子湮没寿命谱；聚合物；自由体积；微观结构中

3、图分类号：0631．13文献标识码：A文章编号：1000—7555(2014)02—0198—07正电子湮没技术(PAT)是一种强有力的核分析技题。术，它利用正电子在物质中与电子相互作用产生的湮1正电子湮没寿命谱技术应用于聚合物的基本原理没辐射得到物质内部的微观结构、电子动量分布及缺英国物理学家Dirac在1928年从理论上预言了陷状态等信息。正电子湮没寿命谱学(PALS)是正电子湮没技术的应用之一，它是通过测量正电子在物质正电子的存在，美国物理学家Anderson于1932年在中的湮没寿命、强度从而得到物质缺陷、孔洞的大小与宇宙射

4、线中发现了正电子。正电子是电子的反粒子，所带电荷与电子相等、符号相反，质量与电子相当，是数量等微观信息。现在已广泛应用于材料科学、凝聚态物理、原子分子物理、化学及生物医学等l_lJ领域。人类发现的第1个反物质。正电子进入聚合物内部目前，测量聚合物自由体积的方法有光致变色技后，受到同样带正电的原子实的强烈排斥，通过与原子术2、荧光光谱技术_3_、小角x射线衍射[、正电子湮实、电子等的非弹性碰撞，很快损失动能转化为热能，没寿命谱技术_5_等。与前3种方法相比，PALS无需这一阶段为正电子的热化阶段，通常在1ps～3ps内加入示踪元素，排

5、除外加物质的干扰；探针尺寸较小完成。热化后的正电子在聚合物中进人扩散阶段，遇(电子偶素直径约0．106m)，对于埃米级的自由体积到电子直接发生湮没或者与1个电子结合形成电子一孔洞探测特别敏感；由于孔洞对正电子具有强烈的捕正电子亚稳态原子(电子偶素，Ps)，然后发生湮没。获作用，使得PALS探测孔洞非常灵敏，浓度约10Wheeler于1946年最早预言了电子偶素的存在，并得的孔洞也可以被检测出来。正是由于PALS具有无到有关电子偶素能级、精细结构、衰变率等重要理论研损、干扰小、灵敏性高等特点，成为目前直接探测聚合究结果。Deutsch

6、于1951年在气体实验中发现了电子物微观结构，特别是自由体积的一种最有效的手段。偶素的存在。电子偶素包括2种状态：若电子自旋与本文介绍了正电子湮没寿命谱技术应用于聚合物的基正电子自旋平行，则电子偶素的总自旋为1，是自旋三本原理，综述了该技术在聚合物微观结构研究中的国重态，称为正态电子偶素(o-Ps)，占电子偶素的75％；内外最新进展，最后总结了它在应用过程中存在的问若电子与正电子自旋反平行，则电子偶素的总自旋为收稿日期：2013．12．26基金项目：国家自然科学基金资助项目(51133005，51121001，51103091)；高

7、等学校博士学科点专项科研基金(201201811300132O11O181110029)通讯联系人：李光宪，主要从事多组分高分子相行为与形态控制、高分子材料老化行为和寿命预测等相关研究，E．mail：guangxianli@SOUedu．cn第2期廖霞等：正电子湮没寿命谱技术应用于聚合物微观结构研究的进展0，是自旋单态，称为仲态电子偶素(p—Ps)，占25％。其有重要影响。PALS是探测聚合物自由体积最直接有中，p—Ps的自湮没寿命为125ps，湮没后发射2条7射效的方法，一切与自由体积相关的结构及性能都可以线；o—Ps的自湮没寿命

8、为142ns，湮没后发射3条7射通过PALS进行研究。目前PALS在聚合物中的应用线。由于电子偶素优先定域于低电子密度区域，即孔主要包括以下几方面。洞(自由体积、缺陷)中，并与周围介质发生相互作用，2．1聚合物本征特性与自由体积之间的