高分子领域常用的表征方法之X射线衍射分析（XRD）

当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子有规则排列成的晶胞所组成的，而这些有规则排列成的原子间距离与入射X射线波长具有相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉叠加，可在某些特殊方向上产生强的X射线衍射。衍射方向与晶胞的形状及大小有关。衍射强度则与原子在晶胞中的排列方式有关。X射线衍射在高分子材料研究中扮演重要角色，主要应用如下：

a.用X射线衍射方法测定聚合物的结晶度（X₀）：

X₀=（W₀/W）×100%

而                                                                                                                                                                                                 W_a/W₀=KI_a/I₀

故                                                                                                                                                                                        X₀=[ I₀/( I₀+ KI_a)] ×100%

式中W为高聚物样品的总质量；W₀为高聚物样品结晶部分重量；W_a为高聚物样品非晶部分重量；I₀为高聚物样品结晶部分衍射积分强度；I_a为高聚物样品非晶部分衍射积分强度；K为高聚物样品结晶和非晶部分单位重量的相对散射系数。

b.研究高聚物取向度的通用方法有X射线衍射法和光学方法。用光学方法可测得整个分子链或链段的取向，而用X射线衍射法可测量微晶（晶区分子链）的取向。非晶区分子链的取向，则由两种方法测定的结果加以换算得出。常采用下面经验公式计算取向度（π）：

π=（180°-H）/180°×100

H为沿赤道线上Debye环（常用最强环）的强度分布曲线的半高宽，用度表示。完全取向时H=0°，π=100。无规取向时，H=180°，π=0。

c.高聚物材料的物性除了与其结晶度、取向度有密切关系外，还常常与其微晶大小有关，而聚合物材料加工成型及热处理过程，常常影响这个值的大小，故微晶尺寸的测量也是非常重要的。微晶大小一般采用谢乐（Schorrer）方程，如下：

L_hkl=Kλ/βcosθ

式中L_hkl系垂直于（hkl）晶面的微晶尺寸；λ为入射X射线的波长；θ为布拉格角；β为纯衍射线增宽（用弧度表示）。