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熱固性聚合物由于其特殊的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。其應(yīng)用范圍廣泛，從大型飛機(jī)部件到小型電子產(chǎn)品，環(huán)氧樹(shù)脂是聚合物工業(yè)的主要產(chǎn)品之一。這篇博客將重點(diǎn)關(guān)注如何運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）將這些材料改進(jìn)和環(huán)保制造。

邁向綠色產(chǎn)業(yè)的大步伐

在過(guò)去幾十年的工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，生態(tài)可持續(xù)性已經(jīng)成為關(guān)鍵。當(dāng)意識(shí)到變暖問(wèn)題的嚴(yán)重性之后，人們把越來(lái)越多的精力投入到限制氣候變暖的過(guò)程中。為了節(jié)約資源，減少二氧化碳排放，提高生產(chǎn)效率，許多企業(yè)投入大量的資金來(lái)打造一個(gè)綠色工業(yè)。

在聚合物工業(yè)中，熱固性材料的生產(chǎn)需要消耗大量的高成本和具有污染性的原料,這些原料一般是由煉油廠生產(chǎn)的，如環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)就是一個(gè)典型的例子。盡管這些原料中的大多數(shù)仍是基于石油工業(yè)的，但生物塑料正在成為生產(chǎn)這些樹(shù)脂的常用原料。

這種工業(yè)轉(zhuǎn)換不僅適用于樹(shù)脂本身，也適用于添加到這種樹(shù)脂的添加劑，以提高它們的沖擊抗力或張力。

工業(yè)副產(chǎn)物能夠提高樹(shù)脂性能

例如，生物炭已經(jīng)被證實(shí)可以提高環(huán)氧樹(shù)脂的抗拉強(qiáng)度和彈性。生物炭是生物材料在一定氧含量下燃燒產(chǎn)生的。因此，它是一種低成本且易得的原料。

聚碳酸亞丙酯（PPC）是利用廢氣中二氧化碳生產(chǎn)的，有趣的是，當(dāng)它被用作添加劑時(shí)，所獲得的材料其抗沖擊力增加了36%，張力增加了220%。

將這些添加劑添加到聚合物中并不總是容易，特別是當(dāng)添加劑顆粒非常小的時(shí)候，需要去觀察基質(zhì)中粒子的分散是否均勻。這種觀察通常需要用非常高的放大率來(lái)觀察樣品，這時(shí)掃描電子顯微鏡（SEM）開(kāi)始發(fā)揮作用。

如何應(yīng)用SEM檢測(cè)環(huán)氧樹(shù)脂

通過(guò)電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行分析，可以:

測(cè)量粒子的大小;
評(píng)估它們?cè)跇颖緝?nèi)的分布情況;
確定它們?nèi)绾闻c環(huán)氧樹(shù)脂基體結(jié)合;
進(jìn)行成分分析，觀察樣品的化學(xué)元素變化。

下面是使用背散射探頭拍攝的照片，背散射電子圖反映的是樣品的成分襯度，根據(jù)圖片亮度的不同來(lái)反映聚合物中不同的物質(zhì)。其他探頭，如二次電子探頭，可以用來(lái)分析環(huán)氧樹(shù)脂的表面形貌，并研究其粗糙度。

圖1 和 圖2分別是環(huán)氧樹(shù)脂和蠟的 SEM 圖像。背散射電子圖像突出了聚合物基體不同的物質(zhì)成分，能夠提供關(guān)于不同物質(zhì)在樣品表面的分布信息。

SEM：優(yōu)中心傾斜旋轉(zhuǎn)樣品杯和拉伸臺(tái)

飛納電鏡還提供了優(yōu)中心傾斜旋轉(zhuǎn)樣品杯，因此我們可以通過(guò)立體三維重建定量測(cè)量樣品的粗糙度。

但這并不是全部：拉伸臺(tái)——通常用來(lái)測(cè)量楊氏模量和其他與應(yīng)力相關(guān)參數(shù)的材料——現(xiàn)在變得非常小，可以放進(jìn)一個(gè)桌面掃描電子顯微鏡中。這使我們可以在高倍下觀察施加拉力后的材料。甚至，我們可以對(duì)斷裂原因進(jìn)行觀察和研究，以提高材料的抗拉強(qiáng)度。

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