一种利用SAXS分析高性能纤维的方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种利用SAXS分析高性能纤维的方法，该方法包括以下步骤：获取步骤：利用同步辐射SAXS获取高性能纤维内微孔结构的实验图谱；建模步骤：根据实验图谱的特征构建SAXS二维全谱拟合的计算模型，以对高性能纤维内的微孔结构进行描述；解析步骤：调整计算模型中的可调参数，使得计算图谱与所述实验图谱之差最小，从而解析出计算模型的参数，以分析和表征出高性能纤维的微孔结构。本发明专利技术还提出了一种利用SAXS分析高性能纤维的系统。本发明专利技术根据同步辐射光源的特性、SAXS散射特性来分析高性能纤维内部的结构特点，从而为纤维性能的分析提供更加准确的数据。

A method and system for the analysis of high performance fibers by using SAXS

The invention provides a method for analysis of high performance fibers by SAXS, the method comprises the following steps: obtaining steps: using synchrotron radiation SAXS to obtain the experimental spectra of high performance fiber micropore structure; modeling steps: according to the calculation model of feature mapping experiment SAXS two-dimensional full spectrum fitting, the pore structure of high performance fiber the analytic description; steps: adjustment calculation of the adjustable parameters in the model, the calculation of experimental map with the minimum difference, and analyze the parameters of the model, the analysis and characterization of the pore structure of high performance fibers. The invention also presents a system for the analysis of high performance fibers by using SAXS. According to the characteristics of synchrotron radiation source and SAXS scattering characteristics, the invention analyzes the structural characteristics of high performance fibers, so as to provide more accurate data for fiber performance analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种利用SAXS分析高性能纤维的方法和系统
本专利技术属于小角X射线散射SAXS理论计算领域，具体涉及一种利用SAXS分析高性能纤维的方法和系统。
技术介绍
高性能纤维是重要的结构材料。在三大高性能纤维(碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维)中，芳纶产量最大、应用最广。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA纤维，也称为对位芳纶或芳纶1414)具有一系列优异性能，占芳纶产量的90％以上，在高性能纤维中占有重要地位。高性能纤维在国防战略、航天航空、汽车减重、低碳经济和基础建设等方面具有重要应用，在一些关键领域具有不可替代的优势。纤维内部的晶粒排列结构和微孔的尺寸、大小、形状均影响着纤维的机械性能。微晶尺寸及取向可以通过X-射线衍射研究，微纤也能通过SAXS或显微表征方法研究，如扫描电镜、透射电镜等。但是，纤维内微孔的表征具有很大难度。以往的研究结果表明PPTA纤维内的微孔尺寸很小，具有较大的长径比(即：微孔的形貌为针状)，还有一定的取向度分布。微孔的横向尺寸为1-5纳米，纵向尺寸为10-100纳米。这些具有大长径比、且有一定取向的微孔很难用常规的方法表征。显微表征方法虽然能够对纤维局部的微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用SAXS分析高性能纤维的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：获取步骤：利用同步辐射SAXS获取高性能纤维内微孔结构的实验图谱；建模步骤：根据实验图谱的特征构建SAXS二维全谱拟合的计算模型，以对高性能纤维内的微孔结构进行描述；解析步骤：调整计算模型中的可调参数，使得计算图谱与所述实验图谱之差最小，从而解析出计算模型的参数，以分析和表征出高性能纤维的微孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种利用SAXS分析高性能纤维的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：获取步骤：利用同步辐射SAXS获取高性能纤维内微孔结构的实验图谱；建模步骤：根据实验图谱的特征构建SAXS二维全谱拟合的计算模型，以对高性能纤维内的微孔结构进行描述；解析步骤：调整计算模型中的可调参数，使得计算图谱与所述实验图谱之差最小，从而解析出计算模型的参数，以分析和表征出高性能纤维的微孔结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，散射体系中同时存在取向散射体和各向同性散射体时，采用球体模型和椭球体模型进行拟合计算；散射体系中仅存在取向散射体时，采用椭球体模型进行拟合计算。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于椭球体模型，其计算模型为：上式中各角度之间有如下关系：其中，定义缺陷x，y，z方向上尺寸分布为f(R1)、f(R2)和f(R3)，沿纤维轴向天顶角分布为h(ω)，方位角分布为其体积为V(R1，R2，R3)，γ表示散射体与X轴的夹角，ω表示沿纤维轴向天顶角，2θ为入射X射线和散射X射线的夹角，ψ表示散射矢量与qx分量方向的夹角，表示方位角。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，天顶角分布h(ω)定义为VonMises分布，函数形式如下：其中I0为第一类0阶修正的bessel函数，ω0为平均值，分布的方差由κ确定。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，尺寸分布f(R)定义为log分布，函数形式如下：其中μ和σ分别为对数正态分布的对数均值和对数标准差，平均值m和方差v可以通过下式求得：m＝exp(μ+σ2/2)(12)υ＝exp(2μ+σ2)(expσ2-1)(13)，通过不断调整建模参数ω0、κ、μ和σ使得计算图谱和实验图谱误差最小。6.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于球体模型，公式(8)中R1＝R2＝R3，h(ω)为常数，方位角分布为常数，参数μ、σ为可调参数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于采用球体模型和椭球体模型进行拟合计算的情况，在上述解析步骤中，将椭球体模型的计算值与球体模型的计算值相加得到的计算图谱与所述实验图谱进行比较，通过调整尺寸大小的参数μ、σ和调整取向角度的参数ω0...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱才镇，海洋，刘会超，赵宁，徐坚，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，深圳大学，
类型：发明
国别省市：北京,11