傅里葉紅外光譜儀是材料科學(xué)中不可缺分析工具,其核心價值在于通過紅外光譜技術(shù)快速、無損地揭示材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、組成及分子間相互作用。
1.傅里葉紅外光譜儀核心功能與技術(shù)優(yōu)勢
(1)基本原理
紅外吸收特性:材料中的化學(xué)鍵在紅外區(qū)的振動頻率對應(yīng)特定吸收峰,形成“分子指紋”。
傅里葉變換技術(shù):通過干涉儀采集全波段紅外信號,經(jīng)計算機(jī)快速轉(zhuǎn)換為光譜圖,相比傳統(tǒng)色散型儀器,具有更高的信噪比、更快的掃描速度和更寬的光譜范圍。
(2)技術(shù)特點
多組分分析:可同時檢測材料中多種官能團(tuán),適用于復(fù)雜體系(如聚合物共混物、復(fù)合材料)。
非破壞性:無需樣品預(yù)處理(如消解或染色),可直接測試固體、液體、薄膜甚至表面涂層。
高靈敏度:可檢測低至微克級的樣品,適合痕量分析。
2.傅里葉紅外光譜儀在材料科學(xué)中的關(guān)鍵應(yīng)用
(1)材料結(jié)構(gòu)鑒定
官能團(tuán)分析:通過特征吸收峰識別材料中的化學(xué)鍵(如羥基、羧基、醚鍵等),確定有機(jī)物或無機(jī)物的類型。
示例:在聚合物中區(qū)分聚丙烯(PP)的C-H振動與聚碳酸酯(PC)的酯基吸收。
晶體結(jié)構(gòu)與相變:分析無機(jī)材料的晶格振動,研究陶瓷、礦物的相變過程。
(2)材料組成分析
雜質(zhì)檢測:通過對比標(biāo)準(zhǔn)譜圖,識別材料中的微量雜質(zhì)(如塑料中的增塑劑、金屬氧化物中的吸附水)。
示例:在鋰電池電極材料中檢測殘留的鋰鹽或粘結(jié)劑。
共混物與復(fù)合材料表征:分析多層材料或共混物的界面兼容性,監(jiān)測組分分布均勻性。
(3)反應(yīng)過程監(jiān)控
化學(xué)反應(yīng)動力學(xué):實時跟蹤反應(yīng)過程中官能團(tuán)的變化,推斷反應(yīng)機(jī)制。
示例:監(jiān)測環(huán)氧樹脂固化過程中環(huán)氧基團(tuán)的衰減與新生成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。
熱穩(wěn)定性研究:結(jié)合熱重分析,分析材料受熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物。
(4)表面與界面分析
表面改性評估:檢測材料表面處理(如等離子體刻蝕、鍍膜)后官能團(tuán)的變化。
示例:分析聚酰亞胺薄膜表面氟化處理后引入的C-F鍵。
界面相互作用:研究復(fù)合材料中填料與基體之間的化學(xué)鍵合(如碳纖維增強(qiáng)樹脂中的C=O相互作用)。
