本发明涉及一种精准表征γ辐照碳纤维微观结构的方法。所属技术领域为材料测试技术领域。
背景技术：
碳纤维因具有耐高低温、耐腐蚀、尺寸稳定性好、高比强度和高比模量等优点，已广泛应用于航空航天、石油化工、文体、建筑、医疗和交通运输等领域。然而，目前世界上性能最好的碳纤维其力学性能仍有巨大的提升空间。此外碳纤维的表面惰性强，反应活性低，与复合材料基体的界面粘接性差，严重影响了复合材料的界面性能，进而限制了碳纤维的广泛应用。
近年来大量研究表明，γ射线辐照不但可以提高碳纤维的表面活性，同时还可以提高碳纤维的力学性能，这种表面与力学性能协同优化的特点引起了学者们的广泛关注。但是，目前γ射线辐照下碳纤维的微观结构复杂演化仍然无法准确表征，进而导致其力学强化与表面改性的协同机制仍不清楚，限制了γ辐照技术在碳纤维改性领域的深入应用。
技术实现要素：
针对上述难题，本发明提出将γ辐照碳纤维沿径向横截面分为外表面、次表层以及芯部三个微区，并结合不同测试手段进行表征。其具体步骤包括：
(1)将γ射线辐照碳纤维沿径向横截面依次分为外表面、次表层以及芯部三个微区；
(2)采用X射线光电子能谱-氩离子枪溅射联用技术表征纤维的外表面结构，借助截面Raman定点扫描技术表征纤维的次表层和芯部原子及晶体结构。
上述步骤(1)所述的外表面/次表层界面沿径向距纤维表面1～20nm，次表层/芯部界面沿径向距纤维表面0.5～2μm。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明提供的一种精准表征γ辐照碳纤维微观结构的方法进行详细说明：
实例1
将T300碳纤维在环氧氯丙烷中进行γ射线辐照后，沿径向将纤维截面划分为外表面、次表层和芯部三个微区，然后采用X射线光电子能谱-氩离子枪溅射联用技术表征辐照碳纤维外表面的元素比例以及化学结构，表征深度为20nm，采用截面Raman定点扫描技术表征辐照碳纤维次表层和芯部的原子及晶体结构。并根据辐照介质中氯元素穿透纤维表面的深度以及纤维横截面不同区域石墨化程度确定外表面/次表层界面和次表层/芯部界面分别距纤维表面14nm和1.8μm。
实例2
将T700碳纤维在充满空气的环境中进行γ射线辐照后，沿径向将纤维截面划分为表面、次表层和芯部三个微区，然后采用X射线光电子能谱-氩离子枪溅射联用技术表征辐照碳纤维外表面的元素比例以及化学结构，表征深度为20nm，采用截面Raman定点扫描技术表征辐照碳纤维次表层和芯部的原子及晶体结构。并根据辐照介质中氯元素穿透纤维表面的深度以及纤维横截面不同区域石墨化程度确定外表面/次表层界面和次表层/芯部界面分别距纤维表面12nm和1.5μm。
实例3
将T1000碳纤维在充满氩气的环境中进行γ射线辐照后，沿径向将纤维截面划分为表面、次表层和芯部三个微区，然后采用X射线光电子能谱-氩离子枪溅射联用技术表征辐照碳纤维外表面的元素比例以及化学结构，表征深度为20nm，采用截面Raman定点扫描技术表征辐照碳纤维次表层和芯部的原子及晶体结构。并根据辐照介质中氯元素穿透纤维表面的深度以及纤维横截面不同区域石墨化程度确定外表面/次表层界面和次表层/芯部界面分别距纤维表面10nm和1.2μm。