【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)（例如伸縮振動(dòng)和變角振動(dòng)）。分子振動(dòng)的能量與紅外射線的光量子能量正好對(duì)應(yīng)，因此當(dāng)分子的振動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，就可以發(fā)射紅外光譜，也可以因紅外輻射激發(fā)分子而振動(dòng)而產(chǎn)生紅外吸收光譜。 本次實(shí)驗(yàn)采用的是Nicolet Is 10傅立葉紅外光譜儀。技術(shù)指標(biāo)：光譜分辨率：；光譜范圍：7800350cm1優(yōu)化的中紅外K/Dd分束器；11000375cm1XT K/Dd寬帶中/近紅外光學(xué)分束器；FTIR精準(zhǔn)線性度（ASTME1421）：%T；波數(shù)精度：。示差掃描量熱法（differential scanning calorimetry,簡(jiǎn)稱DSC），這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于一系列應(yīng)用，它既是一種例行的質(zhì)量測(cè)試工具，也是一種研究工具。該設(shè)備易于校準(zhǔn)，使用熔點(diǎn)低，是一種快速和可靠的方法。示差掃描量熱法（DSC）是在程序控制溫度下，測(cè)量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。DSC和DTA儀器裝置相似，所不同的是在試樣和參比物容器下裝有兩組補(bǔ)償加熱絲，當(dāng)試樣在加熱過(guò)程中由于熱效應(yīng)與參比物之間出現(xiàn)溫差△T時(shí)，通過(guò)差熱放大電路和差動(dòng)熱量補(bǔ)償放大器，使流入補(bǔ)償電熱絲的電流發(fā)生變化，當(dāng)試樣吸熱時(shí)，補(bǔ)償放大器使試樣一邊的電流立即增大；反之，當(dāng)試樣放熱時(shí)，則使參比物一邊的電流增大，直到兩邊熱量平衡，溫差△T消失為止。本次實(shí)驗(yàn)采用的是型號(hào)為STA 449 F3 Jupiter的同步TGDSC熱分析儀，其性能參數(shù)如下：1. 溫度范圍：1502000℃2. 升降溫速率：（取決于爐體配置）3. 最大稱重量：液體樣重：510mg；固體樣重：1030mg4. 稱重解析度：5. DSC解析度：＜1W（取決于配置的傳感器）6. 氣氛：惰性，氧化，還原，靜態(tài)，動(dòng)態(tài)7. 標(biāo)配用于2路吹掃氣和1路保護(hù)氣的電磁閥8. 保護(hù)氣體（Protective）：保護(hù)氣體輸出壓力應(yīng)調(diào)整為＜（），流速恒定為20ml/min。開(kāi)機(jī)后，保護(hù)氣體開(kāi)關(guān)應(yīng)始終為打開(kāi)狀態(tài)。9. 吹掃氣體（Purge1/Purge2）：使用壓力為＜（），一般情況下為50ml/min。操作步驟：將玻璃樣品研磨至250目以下，每次測(cè)量取1015mg放于氧化鋁坩堝中，設(shè)置參數(shù)為：溫度：室溫1300℃，升溫速度：15K/min。將熔制好的敲碎的玻璃取出，將試樣ZnZnZnZnZn5分別放入不同的器皿中。把上述樣品依次放入溫度為850℃的實(shí)驗(yàn)室電爐中保溫3小時(shí)，然后取出，觀察有無(wú)失透現(xiàn)象。如果失透現(xiàn)象明顯，則該組樣品不再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)；相反，則繼續(xù)。重復(fù)上述過(guò)程，依次將溫度調(diào)為950℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃。玻璃的密度主要與玻璃的化學(xué)組成、溫度和熱歷史有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)主要使用天平測(cè)定樣品的密度，具體步驟如下：安裝好天平，將溫度計(jì)懸掛于燒杯壁上，放置燒杯到容器支架中心位置；將已知密度的參考液體（通常為水或者乙醇）注入燒杯，確保待測(cè)固體能被液體完全浸沒(méi)1cm以上；放置掛籃于固體支架上，確保其表面無(wú)氣泡并不碰到燒杯或者溫度計(jì)；去皮后，將待測(cè)物放置于掛籃頂部的秤盤(pán)中，待天平穩(wěn)定后記錄稱量結(jié)果A。再將待測(cè)物放置蒸餾水的稱量網(wǎng)內(nèi)，待天平穩(wěn)定后記錄稱量結(jié)果B。根據(jù)密度計(jì)算公式計(jì)算待測(cè)固體密度。密度公式如下 ： （21）試中：— 待測(cè)物體密度； A=待測(cè)物體在空氣中的質(zhì)量； B=待測(cè)物體在輔助夜中的質(zhì)量； — 輔助液體密度； — 空氣密度（）。為了提高固體密度結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)中，在每組中分別取三個(gè)玻璃樣品測(cè)試，將得到的密度結(jié)果取平均值。這樣，共得到五組玻璃樣品的密度值。X射線衍射分析（Xray diffraction，簡(jiǎn)稱XRD），是利用晶體形成的X射線衍射，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)部原子在空間分布狀況的結(jié)構(gòu)分析方法。將具有一定波長(zhǎng)的X射線照射到結(jié)晶性物質(zhì)上時(shí)，X射線因在結(jié)晶內(nèi)遇到規(guī)則排列的原子或離子而發(fā)生散射，散射的X射線在某些方向上相位得到加強(qiáng)，從而顯示與結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的特有的衍射現(xiàn)象。X射線衍射方法具有不損傷樣品、無(wú)污染、快捷、測(cè)量精度高、能得到有關(guān)晶體完整性的大量信息等優(yōu)點(diǎn)。利用X射線衍射法可以精確的測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)定性、點(diǎn)陣常熟和定量分析，主要用途為未知樣品中一種和多種物相的鑒定、混合樣品中已知相定量分析、晶體結(jié)構(gòu)分析、非常規(guī)條件下的晶體結(jié)構(gòu)變化（高溫、低溫條件）、材料表面分析和金屬材料織構(gòu)、應(yīng)力分析。本次實(shí)驗(yàn)所采用的是DX2500的X射線衍射儀，衍射條件為Cu靶，管電壓為30KV，管電流為20mA，掃描角度（2θ）范圍為10176。80176。，掃描步長(zhǎng)為176。具體步驟為：將玻璃磨成粉末，再將粉末倒入300目的篩子中，然后篩出所需細(xì)粉，裝入樣品袋，隨后將得到的粉末作XRD檢測(cè)。然后將得到的XRD圖譜與衍射卡片進(jìn)行對(duì)照，采用標(biāo)定的方法來(lái)確定試樣中的相成分。掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope,簡(jiǎn)稱SEM），掃描電子顯微鏡的制造是依據(jù)電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)一束高能的入射電子轟擊物質(zhì)表面時(shí)，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征X射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、投射電子，以及在可見(jiàn)、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。同時(shí)，也可產(chǎn)生電子空穴對(duì)、晶格振動(dòng)（聲子）、電子振蕩（等離子體）。原則上講，利用電子和物質(zhì)的相互作用，可以獲取被測(cè)樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場(chǎng)或磁場(chǎng)等等。掃描電子顯微鏡正是根據(jù)上述不同信息產(chǎn)生的機(jī)理，采用不同的信息檢測(cè)器，使選擇檢測(cè)得以實(shí)現(xiàn)。如對(duì)二次電子、背散射電子的采集，可得到有關(guān)物質(zhì)微觀形貌的信息；對(duì)X射線的采集，可得到物質(zhì)化學(xué)成分的信息。正因如此，根據(jù)不同需求，可制造出功能配置不同的掃描電子顯微鏡。本次實(shí)驗(yàn)采用的是JSM6460LV掃描電子顯微鏡，技術(shù)參數(shù)如下：1. 分辨率 高真空模式：（30KV）低真空模式：（30KV）2. 低真空度1 to 270Pa,高、低真空切換3. 樣品移動(dòng)范圍 X：125nm Y：100nm Z：580nm T：10~+90176。 R：360degree4. to 30KV束流1pA1操作步驟：在5組試樣中，各選取一塊合適的玻璃。將玻璃進(jìn)行鑲嵌，再將鑲嵌好的玻璃用砂紙磨平，直到符合指定要求。待磨平之后，進(jìn)行拋光，時(shí)長(zhǎng)約為5min。將拋光后的試樣置于配置好的溶液中腐蝕1min，然后取出干燥。第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析，試樣5分別表示ZnO含量為0%、3%、6%、9%、12%。：5個(gè)試樣中的吸收峰相同特征振動(dòng)譜帶分別位于3450，1380,1090,800,670cm1附近。在3450cm1處的吸收帶可以歸因于游離OH基團(tuán)或游離水分子的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)，5個(gè)試樣在這個(gè)范圍的吸收帶沒(méi)有明顯的變化。由表31可以看出：在1380cm1和670cm1處的振動(dòng)是由[BO3]中的BOB彎曲振動(dòng)所致，同樣，5個(gè)試樣在這個(gè)范圍的吸收帶沒(méi)有明顯的變化。在硼系和硼硅系玻璃中，B四面體之間是相互排斥的，一般由[BO4]鏈接[BO3]；鋁硅系玻璃中，[AlO4]之間相互排斥；在鈉鋁硼系中，四面體排斥規(guī)則也同樣存在，包括[BO4]和[AlO4]。從四面體之間的這種排斥行為看，1090cm1應(yīng)當(dāng)主要是SiOSi橋氧的振動(dòng)。從圖中可以看出，該處的波峰基本沒(méi)有變化，說(shuō)明試樣中SiOSi是基本穩(wěn)定的。800cm1處是[AlO4]中AlOAl的振動(dòng)所致[1921]。試樣1~5的910cm1處的吸收峰逐漸增強(qiáng)，此時(shí)的吸收峰是由非橋氧振動(dòng)引起的，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接破壞，引起玻璃分相。通過(guò)紅外光譜分析可得：ZnO的加入導(dǎo)致非橋氧振動(dòng)增強(qiáng)，破壞網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致玻璃分相。表31 硼、鋁硅、硼硅系玻璃中紅外光譜中的峰位 試樣的紅外光譜圖 ZnO含量為0時(shí)的DSC圖 ，試樣的起始失透溫度為788℃，析晶峰溫度為980℃，終止失透溫度1145℃。所以，試樣的失透溫度大概為788~1145℃。熱處理過(guò)后的結(jié)果如表32所示:表32 熱處理結(jié)果 溫度 情況含量03%6%9%12%850℃失透失透失透失透失透950℃——部分失透失透1000℃———失透失透1100℃———部分失透1200℃————失透1300℃————部分由表32可以看出， 當(dāng)溫度相同時(shí)，隨著ZnO含量的增加，玻璃失透越來(lái)越容易；當(dāng)ZnO含量相同時(shí)，隨著溫度的增加，玻璃失透越來(lái)越容易。所以可以得出結(jié)論：隨著ZnO含量的增加，玻璃失透的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。 （a） (b) (c) （d） （a）、（b）玻璃未失透試樣 （c）、(d)玻璃失透試樣為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將每組樣品分別測(cè)三次，然后再計(jì)算其平均值，測(cè)得T=17℃，此時(shí)查表可知= 經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出各含量的平均密度如表33所示：表33 平均密度ZnO（mol/%）ρ/（gcm3）036912作出ZnO含量與密度的關(guān)系圖，： 不同ZnO含量時(shí)玻璃的密度。，隨著氧化鋅含量的增加，玻璃的密度逐漸增大。查閱資料發(fā)現(xiàn)，能引起密度變化的原因有玻璃的化學(xué)組成、溫度、熱歷史，而影響該密度的主要原因是玻璃的化學(xué)組成。在一般硅酸鹽玻璃中，引入R2O和RO氧化物時(shí)，隨著它們的離子半徑的增大，玻璃的密度增加。半徑小的陽(yáng)離子如Li+、Mg2+等可以填充于網(wǎng)絡(luò)間空隙，雖然使硅氧四面體[SiO4]的連接斷裂，但并不引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大，因而使結(jié)構(gòu)“積聚”，密度增加。對(duì)一般硅酸鹽玻璃來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)氧化物對(duì)其密度提高的程度大致是PbO＞BaO＞ZnO＞CaO＞MgO