Röntgenkleinwinkelstreuung an teilkristallinen Polymeren

Röntgenkleinwinkelstreuung an teilkristallinen Polymeren

Veruchsaufbau zur Röntgenkleinwinkelstreuung
Versuchsaufbau zur Röntgenkleinwinkelstreuung

Nicht alle Festkörper sind entweder kristallin wie z.B. Salze oder amorph wie z.B. Fensterglas. Polymere besitzen die interessante Eigenschaft sich in einer regelmäßigen Anordnung kristallin geordnet und auch amorph zu strukturieren. Auf einer Längenskala von Mikrometer bis Millimeter kann man das Ergebnis als so genannten Sphärolithen unter einem Polarisationmikroskop untersuchen. Die Unterstruktur, die regelmäßige Anordnung der kristallinen und amorphen Bereiche befindet sich jedoch im Nanometerbereich, der weder mit einem Lichtmikroskop noch mit „gewöhnlicher“ Röntgendiffraktometrie untersucht werden kann.

Ziel des Versuches ist die Bestimmung der Struktur eines teilkristallinen Polymeren. Insbesondere soll die Abhängigkeit der Struktur von den Kristallisationsbedingungen, hier der Unterkühlungstemperatur, untersucht werden. Die Kristallisation von Polymeren erfordert die Umorganisation der Knäuelstruktur der Kettenmoleküle in der Schmelze in den gestreckten Zustand der kristallinen Struktur. Dieser Prozess läuft im Allgemeinen nicht vollständig ab, so dass sich eine teilkristalline Struktur ausbildet. Die typische Dicke der Kristallite liegt im Bereich von 10 bis einigen 10 nm, weshalb die Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) die ideale Messmethode für die Strukturaufklärung ist.

In diesem Versuch werden Grundkenntnisse der Polymerphysik sowie der Streutheorie, im Besonderen der Röntgenstreuung in kleinen Winkeln und deren Auswertemethoden, vermittelt und angewendet. Die Praktikanten stellen eine Polymerprobe unter Anleitung selbst her und vermessen vier weitere Proben. Über die Autokorrelationsfunktion der Elektronendichte werden die Kristallinität, die Kristallitdicke und die Langperiode der teilkristallinen Struktur ermittelt und deren Abhängigkeit von der Unterkühlungstemperatur mit den Erwartungen der Polymertheorie verglichen.

Leider kann dieser Versuch noch nicht angeboten werden, da sich die Inbetriebnahme und TÜV-Abnahme nach dem Umzug der FP-Versuche verzögert. Sobald diese durchgeführt sind, wird der Versuch wieder freigegeben.

Literatur

Eine Literaturmappe zum Versuch ist erhältlich im Studienzentrum Physik, Gebäude S2|06

  1. N.W. Ashcroft und N.D. Mermin, Solid State Physics, Kap. 4, 5 und 6
  2. C. Kittel, Einführung in die Festkörperphysik ( engl. Originaltitel: Introduction to Solid State Physics), Kap. 1 und 2
  3. R.J. Roe Methods of X-Ray and Neutron Scattering in polymer Science
  4. G. Strobl The Physics of Polymers und Physik kondensierter Materie

Weiterführende Literatur

  • P. Lindner, Th. Zemb Neutrons, X-Rays and Light: Scattering Methods Applied to Soft Condensed Matter
  • A. Guinier X-Ray Diffraction in Crystals, Imperfect Crystals and Amorphous Bodies