Двулучепреломление

12.08.2015

Двулучепреломление — это мера ориентационного упорядочения аморфных и кристаллических макромолекул. Когда падающий свет проходит через полимерный материал, его скорость замедляется, но частота остается прежней. В результате в толще образца может поместиться большое число волн, то есть оптические волны запаздывают при прохождении через материал. Для одноосно ориентированной полимерной пленки число волн в параллельном и перпендикулярном направлениях различно. Это различие числа оптических волн, запаздывающих в двух взаимноортогональных направлениях в ориентированном образце толщиной d, называется двулучепреломлением, которое обычно выражается как
Двулучепреломление

где Г обозначает запаздывание, представляющее число волн ηi, отстающих при прохождении света через ориентированный образец. То есть
Двулучепреломление

где индексами 1 и 2 обозначены продольное и поперечное направления.
В полукристаллическом полимере двулучепреломление возникает из-за флуктуаций ориентации, связанных с локальным упорядочением кристаллический образований. Измерение двулучепреломления обычно используется для наблюдения за вытяжкой волокон или пленок. Оно потенциально полезно для описания эволюции морфологии при сдвиговом течении (при переработке в расплаве).
Двулучепреломление определяется путем измерения изменений интенсивности проходящего света. Оборудование включает лазерный источник света и систему регистрации из фотодиода или фотоумножителя с соответствующей электроникой. Полимерная пленка помещается между двумя скрещенными поляризаторами. В случае ориентированного образца он должен быть помещен под углом 45° к оси поляризотора скрещенных поляроидов. Компенсатор располагается поэтому под углом 90° к образцу. Интенсивность света, прошедшего через скрещенные поляризаторы, измеряется с помощью фотоумножителя. Вариации интенсивности можно записать в виде:
Двулучепреломление

где ψ и φ — углы отставания по фазе, вносимого компенсатором и образцом.
Точность измерения двулучепреломления может быть значительно повышена при использовании фотоакустического модулятора (ФАМ), что схематически показано на рис. 11.2. Оптическая система ФАМ дает два преимущества: точное измерение малых Δn и определение знака Δn. Чувствительность системы ФАМ выше на три порядка величины, если сравнивать с методом измерения интенсивности проходящего света, не включающего ФАМ. Указанная высокая чувствительность возникает благодаря тому, что высокочастотный сигнал (50 кГц) можно изолировать от низкочастотного шума благодаря работе ФАМ как модулятора.
Такой оптический прибор (рис. 11.2) снабжен приспособлением для механической деформации сдвига. Сдвиговая деформация получается быстрым движением одной из стеклянных пластин, что облегчает одновременное измерение напряжения и двулучепреломления в зависимости от времени. С помощью оптико-сдвигового устройства можно проводить опыты по фотоупругой релаксации.
Двулучепреломление