基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，包括步驟：在與粘接界面垂直的方向對粘結劑樣品進行冷凍切片，獲得包含完整粘接界面層的粘結劑片狀樣品；在粘結劑片狀樣品的粘接界面兩側各選一點，對所選點進行單點拉曼光譜掃描，獲得單點拉曼譜圖；對比兩所選點的單點拉曼譜圖中的峰位和峰強，將峰強發生變化的峰位作為顯微拉曼微區分析的掃描峰位；以步驟3獲得的掃描峰位為掃描范圍，對粘結劑片狀樣品的跨粘接界面所選取的微區進行顯微拉曼微區分析掃描，獲得反映粘結劑粘接界面狀態的顯微拉曼微區分析圖譜。本發明可方便、準確、迅速、直觀地觀察粘結劑的粘接界面狀態，尤其適用于分析觀察HTPB粘接界面狀態。
【專利說明】基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及顯微拉曼微區分析技術的應用領域，尤其涉及一種基于顯微拉曼微區分析(mapping)技術分析粘結劑粘接界面的方法。
【背景技術】
[0003]端羥基聚丁二烯(HTPB)—般是指每個大分子兩端平均有兩個以上羥基的丁二烯的均聚物或共聚物，通過鏈延長和交聯固化反應，可將其制成有三維網絡結構的彈性體。由于HTPB有著玻璃化溫度低、價格低、粘度小、電性能以及工藝性能良好等優點，被廣泛地用作高性能膠粘劑，特別在特種固體推進劑的粘接領域有著重要的應用意義。[0004]HTPB推進劑是當前和今后相當長一段時間內使用的主要推進劑品種，被廣泛應用于各種戰略、戰術固體導彈上。現今我國大多數固體型號導彈均使用HTPB推進劑。作為推進劑，HTPB粘接界面必須要能經受熱循環、加工處理、寬頻震動、點火增壓等一系列考驗，粘接界面不牢固往往會導致推進劑失效的嚴重后果。HTPB推進劑的粘接界面的結合是否牢固、耐久是影響其質量和壽命的關鍵因素。此外，推進劑作為一次性使用的戰略物資，往往需經長時間存放，在貯存過程中不可避免地會發生物理及化學變化，這些都會導致HTPB粘接效果發生改變甚至出現界面分離。正因為HTPB粘接界面的狀態是如此關鍵，對于粘接界面的實時觀察與判斷在實際應用中地位重要，同時在國民經濟以及國防建設上有著極其重要的意義。
[0005]拉曼光譜在有機化學方面主要用作鑒定結構和分子相互作用的手段，它與紅外光譜互為補充，可以鑒別特殊的結構特征或特征基團。聚合物領域，拉曼光譜可提供聚合物材料結構方面的許多重要信息，如分子結構與組成、立體規整性、結晶與去向、分子相互作用，以及表面和界面的結構等。拉曼位移的大小、強度及拉曼峰形狀是鑒定化學鍵、官能團的重要依據，這些特征峰會隨著粘接界面狀態不同發生改變。
[0006]顯微拉曼mapping技術是新一代快速、高精度、面掃描激光拉曼技術，它將共聚焦顯微鏡技術與激光拉曼光譜技術完美結合，作為第三代拉曼技術，具備高速、極高分辨率成像的特點。相對于傳統拉曼光譜應用技術而言，顯微拉曼mapping技術能迅速對HTPB粘接樣品進行跨界面的微區面掃描，從而獲取整個微區的高分率的mapping圖像，得到其拉曼光譜分布信息。目前，研究HTPB粘接界面的常規手段有光學顯微技術、單點拉曼技術及紅外光譜等，將顯微拉曼mapping技術應用于HTPB粘接體系的研究，相對于常規手段，可獲得更豐富、更直觀的粘接界面分析結果。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，該方法能直觀觀察粘結劑粘接界面狀態的變化。[0008]為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案:
基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，包括步驟:
步驟1，在與粘接界面垂直的方向對粘結劑樣品進行冷凍切片，獲得包含完整粘接界面層的粘結劑片狀樣品；
步驟2，在粘結劑片狀樣品的粘接界面兩側各選一點，對所選點進行單點拉曼光譜掃描，獲得單點拉曼譜圖；
步驟3，對比兩所選點的單點拉曼譜圖中的峰位和峰強，將峰強發生變化的峰位作為顯微拉曼微區分析的掃描峰位；
步驟4，以步驟3獲得的掃描峰位為掃描范圍，對粘結劑片狀樣品的跨粘接界面所選取的微區進行顯微拉曼微區分析掃描，獲得反映粘結劑粘接界面狀態的顯微拉曼微區分析圖
-1'TfeP曰。
[0009]上述粘結劑為端羥基聚丁二烯(HTPB)。
[0010]上述步驟I中，所獲得的粘結劑片狀樣品厚度為f 10毫米。
[0011]上述步驟I中，所獲得的粘結劑片狀樣品表面平整，表面起伏保持微米量級。
[0012]上述步驟2中，對所選點進行單點拉曼光譜掃描具體為:
采用功率為5?10 mW、波長為488?785 nm的激光器所選點進行lOOlOOOcm—1范圍內的單點拉曼光譜掃描。
[0013]和現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
1、可方便、準確、迅速、直觀地觀察粘結劑的粘接界面狀態，尤其適用于分析觀察HTPB粘接界面狀態；
2、取樣少、測試時間短；無需對樣品進行復雜處理。
[0014]3、采用顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面狀態，可實現粘結劑粘接界面狀態的實時觀察；還可觀察到不同成分在粘結劑粘接界面處的擴散與分布，具有常規手段不具備的直觀性及準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明方法流程圖；
圖2為實施例中采用顯微拉曼mapping技術獲得的原始拉曼光譜圖；
圖3為根據圖2獲得的HTPB粘接界面直觀照片。
【具體實施方式】
[0016]圖1為本發明流程圖，下面將結合圖1具體說明本發明的【具體實施方式】。
[0017]一、制樣
在與粘接界面垂直的方向對粘結劑樣品進行冷凍切片，獲得包含完整粘接界面層的粘結劑片狀樣品。粘結劑片狀樣品要求厚度均勻，表面起伏控制在微米數量級。本具體實施中，粘結劑片狀樣品厚度為f 10毫米。
[0018]二、采用顯微拉曼光譜儀獲得反映粘結劑粘接界面狀態的顯微拉曼微區分析圖
-1'TfeP曰。
[0019]在粘結劑片狀樣品粘接界面的一側選擇一點，將粘結劑片狀樣品置于顯微拉曼光譜儀測試區，通過逐步聚焦，選用100倍的目鏡調整至能清楚看清樣品表面。打開激光器，調整功率輸出為5~10mW，對粘結劑片狀樣品所選點進行lOOlOOOcnT1范圍內的單點拉曼光譜掃描，獲得該所選點的單點拉曼譜圖。在粘結劑片狀樣品粘接界面的另一側選擇另一點，采用上述方法獲得該另一點的單點拉曼譜圖。
[0020]通過對比粘結劑片狀樣品粘接界面兩側所選點的單點拉曼譜圖中的峰位和峰強，將峰強發生變化的峰位作為顯微拉曼微區分析的掃描峰位范圍。采用顯微鏡在粘結劑片狀樣品的跨粘接界面選取微區，在確定的掃描峰位范圍內，對顯微鏡選取的微區進行顯微拉曼微區分析掃描，獲得原始的顯微拉曼微區分析圖譜，參見圖2，采用NGSLabSpec軟件將圖2的圖譜轉換成圖3所示的照片。
[0021]根據粘結劑粘接界面兩側區域的拉曼譜圖確定的顯微拉曼微區分析的掃描峰位數量，可能為I個，也可能為多個。若為多個掃描峰位數量，則針對各掃描峰位分別對選取的微區進行顯微拉曼微區分析掃描。
[0022]拉曼光譜是一種表面表征技術，入射深度在微米量級。拉曼位移的大小、強度及拉曼峰形狀是鑒定化學鍵、官能團的重要依據。將選取的特征峰(選取的特征峰即根據粘結劑粘接界面兩側區域的拉曼譜圖確定的顯微拉曼微區分析的掃描峰位)標定為特定顏色，獲得彩色的顯微拉曼微區分析圖譜，能反映該特征峰在粘接界面的分布狀況。通過分析粘接界面處的峰位分布，可以對粘接界面的粘接狀況有直觀、準確的觀察判斷。
[0023]下面結合實施例進一步說明本發明。
實施例
[0024]步驟1，從HTPB推進劑樣品上割下一小塊作為試樣，沿著垂直粘接界面的方向進行冷凍切片，獲得包含完整粘接界面層的HTPB片狀樣品。
[0025]步驟2，打開488 nm 激光器，調整功率輸出為5W，對HTPB片狀樣品粘接界面的兩側分別進行掃描范圍為lOOlOOOcm —1的單點拉曼光譜測試，獲得粘接界面兩側區域對應的單點拉曼譜圖。
[0026]步驟3，對比粘接界面兩側的單點拉曼譜圖，確定顯微拉曼微區分析掃描峰位對應的拉曼位移為1667.5Cm^10
[0027]步驟4，對HTPB樣品的跨粘接界面選取一微區，以1667.δαι1~1為掃描峰位對該微區進行顯微拉曼微區分析掃描，獲得原始光譜數據，見圖2。將圖2中拉曼光譜信息轉換成對應的照片，并將1667.5CHT1峰位標定為紅色(見圖3 (b)中區域1)，即得到HTPB片狀樣品粘接界面微區中1667.5cm-1拉曼位移的分布信息，見圖3，其中，圖(a)所示為HTPB樣品的跨粘接界面選取的微區；圖(10為反映選區粘接界面狀態的顯微拉曼微區分析照片；圖((3)為圖(b)中區域I的局部放大圖，圖(a)~(c)中X表示長度尺寸。
[0028]圖3中，圖(b)中的紅色區域I表明該處有1667.5cm^峰位存在，顏色越深代表峰強度越高，圖(c)為紅色區域I的放大圖。從圖(b)和(c)中可直觀、準確地知道1667.5CHT1峰位在HTPB粘接界面處的分布、擴散等狀況。
[0029]本實施例利用顯微拉曼微區分析方法系統觀察和分析了 HTPB粘接界面的狀態，表面采用顯微拉曼微區分析方法能直觀觀察HTPB粘接界面處粘接狀態的變化，和現有技術相比，本方法具有直觀、可視化程度高、更準確等優點。
【權利要求】
1.基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，其特征在于，包括步驟:步驟1，在與粘接界面垂直的方向對粘結劑樣品進行冷凍切片，獲得包含完整粘接界面層的粘結劑片狀樣品； 步驟2，在粘結劑片狀樣品的粘接界面兩側各選一點，對所選點進行單點拉曼光譜掃描，獲得單點拉曼譜圖； 步驟3，對比兩所選點的單點拉曼譜圖中的峰位和峰強，將峰強發生變化的峰位作為顯微拉曼微區分析的掃描峰位；步驟4，以步驟3獲得的掃描峰位為掃描范圍，對粘結劑片狀樣品的跨粘接界面所選取的微區進行顯微拉曼微區分析掃描，獲得反映粘結劑粘接界面狀態的顯微拉曼微區分析圖-1'TfeP曰。
2.如權利要求1所述的基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，其特征在于: 所述的粘結劑片狀樣品厚度為f 10毫米。
3.如權利要求1所述的基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，其特征在于: 所述的粘結劑片狀樣品表面起伏保持微米數量級。
4.如權利要求1所述的基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，其特征在于: 步驟2中所述的對所選點進行單點拉曼光譜掃描具體為: 采用功率為5?10 mW、波長為488?785 nm的激光器所選點進行lOOlOOOcm—1范圍內的單點拉曼光譜掃描。
5.如權利要求1所述的基于顯微拉曼微區分析技術分析粘結劑粘接界面的方法，其特征在于: 所述的粘結劑為端羥基聚丁二烯。
【文檔編號】G01N1/28GK103512876SQ201310433566
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】龐愛民, 方鵬飛, 劉楊, 杜錫娟, 池旭輝 申請人:武漢大學
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