近赤外分光法による三次元物性評価システムの開発

近红外光谱三维物性评价系统的开发

基本信息

批准号：
16J00046
负责人：
室賀駿
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は材料内の面内分布の迅速な評価を可能にする評価技術の開発に取り組んだ。提案法の流れはサンプルを静置した後に透過と拡散反射のイメージング計測を１回ずつ行い、各ピクセルにおける全くの同じ位置の近赤外光の透過率及び拡散反射率を波長依存のスペクトルとして得る。その後板状試料内における近赤外光の吸収と散乱を考慮した二定数理論によるモデルに基づいて得られた透過率及び拡散反射率をフィッティングする。このフィッティングを波長ごとに行うことで各試料内、各位置の吸収及び散乱係数を算出した。得られた吸収係数から材料の化学構造の評価、材質識別、化学種の濃度の評価を、散乱係数から内部の散乱体の大きさ、個数密度に関する情報を抽出することで高分子材料の品質評価を行うものである。実際に提案法を高分子複合材料に適用した結果を示す。ポリメリルメタクリレート(PMMA)に表面をメタクリル基で修飾したシリカ粒子をアセトン中で分散、キャスト及び加熱プレス成形することでPMMA/シリカコンポジットを作製し評価に用いた。粒子径の異なる粒子を分散させたPMMA/シリカコンポジットを提案法によって評価したところ、べき指数イメージから散乱体サイズの違いがイメージ上に良好に現れていることが明らかになった。べき指数の面内分布のヒストグラムに注目すると、いずれの試料も単峰性の分布が得られていることがわかる。Mie散乱の理論値との比較から初期粒子径の差を反映したべき指数が提案法により得られており、フィラー間の一時粒子径の違いや分散状態を迅速かつ広い面積で捉えるのに非常に有用な手法であることが示された。

今年，我们致力于开发评估技术，能够快速评估材料内的面内分布。该方法的流程是在样品静止后进行一次透射和漫反射成像测量，并获得每个像素中完全相同位置的近红外光的透射率和漫反射率作为波长相关的光谱。。之后，根据考虑了板状样品内近红外光的吸收和散射的二常数理论模型对获得的透射率和漫反射率进行拟合。通过对每个波长进行这种拟合，计算出每个样品内每个位置的吸收和散射系数。获得的吸收系数可用于评价材料的化学结构、材料鉴别和化学物种的浓度，并可通过从散射系数中提取内部散射体的尺寸和数量密度信息来评价高分子材料的质量这就是我们所做的。显示了所提出的方法实际应用于聚合物复合材料的结果。通过将表面用甲基丙烯酸基团改性的二氧化硅颗粒分散在甲基丙烯酸聚合物(PMMA)中、浇铸和热压成型来制备PMMA/二氧化硅复合材料，并用于评价。当使用所提出的方法评估分散有不同粒径的颗粒的PMMA/二氧化硅复合材料时，发现散射体尺寸的差异在功率指数图像中清晰地表达。查看功效指数面内分布的直方图，可以看出所有样本都获得了单峰分布。该方法通过与米氏散射理论值的比较得出反映初始粒径差异的功效指数，对于快速捕获填料之间的临时粒径差异和大范围的分散状态非常有用。事实证明这是一种有用的方法。