第二章 原理
2.6 光學顯微鏡分析
2.6.1 球晶雙折射光學性質
大部分的結晶性高分子其類型為常態球晶(Normal Spherulite)，為 具有八份亮暗區交替的馬爾它十字結構的球晶，若依據亮暗區域分佈 可分為正常(usual)與異常(unusual)[73]，若依據不同顏色區域分佈可分 為正型(positive)與負型(negative)球晶[74]，如圖2.9。對於此兩種高分 子分子鏈成長排列方式以橄欖球形狀的圖式示意，其中長軸方向為高 分子分子鏈排列方向，如圖2.10(a)、(b)[75]所示。定義軸向方向(radial direction )折射率為nr，切線方向(tangential direction)折射率為nt，雙折 射 率 (birefringence)δ 為 (nr-nt) ，
δ
=n
r− >n
t 0 為 正 光 性 (optically positive)，反之則為負光性(optically negative)，如圖2.10(a)所顯示為負 型球晶分子排列方向以及其指示圖，如圖2.10(b)所顯示為正型球晶分 子排列方向以及其指示圖。
圖2.8 球晶之馬爾它十字原理圖[66]
A P
E
R Q M T
N O
φ
檢偏鏡方向
起偏鏡方向
偏光顯微鏡在45°位置配一530 nm石膏板(gypsum plate) 或稱為 輔助(accessory plate)，輔助板如同一光柵，可允許主要光線進入而過 濾非必要光線進入，輔助板類型(見表2.5)，可根據輔助板延滯波長不 同，在交叉偏光板下造成形成干涉光所呈現的顏色多樣性。當一個非 等向物體(anisotropic object) 的物質放在交叉偏光板中時[76]，這是由 於高分子分子鏈原子排列造成電子密度不均一，在光通過不同分子鏈 排列的位置上其折射率不同，若是在電子密度較高的位置，其折射率 大，經過偏極化光源所行經之振動方向，其波速較慢，故稱為慢光，
且其指示圖(indicatrix) 在此方向較長；故當偏極化光源的波振動通過 電子密度較低的方向時，其波速較快，故稱為快光，且其指示圖在此 方向較短；，所以會產生波程差(D)。在正型球晶中高分子鏈在二、
四象限因快光方向與輔助板的慢光方向相同(slow on fast)，意謂著此 電子密度低，使得雙折射率變小，而在一、三象限因快光方向與慢光 方向相反(slow on slow)，雙折射率變大，對照偏光顯微鏡的干涉色圖 (Michyl-Levy interference color chart)[77,78](見圖 2.11 所示)。在二、四 象限球晶雙折射率略小於 530nm 呈現深紅橘色(Reddish-orange)，而 在一、三象限雙折射率略大於 530nm 呈現藍色。而負型球晶雙折射 顏色則反，如圖2.13(a)、(b)。藉由偏光顯微鏡加入彩色偏光輔助板，
圖2.9 (a)負型(negative)球晶 (b)正型(positive)球晶[70]。
圖2.10 高分子球晶使用彩色偏光板的光學示意圖：(a)負型球晶 (negative)；(b)正型球晶(postive)[75]。
圖2.11 The Michel-Levy Interferce Color Chart[77,78]。
表2.5 輔助板光柵與干涉光[77,78]
Retardation(nm) Order Interference Color
0 0 Black
40 Iron-gray 97 Lavender-grey
158 1 Grayish-blue
218 Clear Gray
234 Greenish-White
259 Almost pure white
267 Yellowish-White
275 Pale straw-yellow
281 Straw-yellow
306 1 Light Yellow
332 Bright yellow
430 Brownish-Yellow 505 Reddish-orange
536 Reddish-orange 551 Deep red 565 Purple 575 Violet
589 1 Indigo
干涉光顏色能以“級數＂作區分，在每個級數的終點以紅色表示全波 長之遲緩點
(a) (b)
圖 2.12 上下偏光板呈90°交叉，在45°位置插入一530 nm 輔助板，(a) 負形球晶(b)正型球晶[76,79]。
可 以 清 楚 了 解 高 分 子 球 晶 的 光 學 性 質 ， 同 時 輔 助 Michyl-Levy interference color chart 可判斷高分子分子鏈在球晶中的成長排列方 式，藉此了解高分子之球晶特性。
研究中使用溶膠凝膠法，製備PLLA/SiO2與PLLA/TiO2奈米複合 材料，為確保形成的TiO2與SiO2為奈米尺寸分散於系統中，須將溶膠 凝膠法的影響因素列入實驗考量；而製備完成的奈米複合材料，藉由 高分子結晶動力學原理，經由DSC探討其奈米複合材料結晶成核機制 與晶板成長，並討論結晶溫度對於此奈米複合材料的影響，最後以 POM做各溫度與不同無機物之比例下，其結晶形態與結晶速率關 係，再輔以530nm濾光片觀察高分子球晶的光學性質。
Si O
(1)Poly (L-lactide)，聚L-乳酸
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