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小角X射线散射（SAXS）是一种研究材料内部一至数百纳米范围内结构变化的无损检测手段。高密度聚乙烯（HDPE）以及碳掺杂聚乙烯复合材料（HDPE/C）已成为现代社会重要的生产生活物资，其结构和性能的深入研究为这些材料的开发利用奠定了基础。利用SAXS实验技术对聚合物及其复合材料结构进行研究，可以得到材料结晶形态学信息以及纳米颗粒掺杂对微观结构的影响。同时，SAXS也是研究离子辐照引起材料非晶化转变、分子链断裂和交联、碳化以及离子径迹等辐照损伤现象的有效实验手段。论文首先利用SAXS实验技术对HDPE进行原位变温实验，通过对散射强度数据的Lorentz修正、一维相关函数和积分不变量的分析，研究了HDPE的片晶结构随温度的变化规律。研究结果表明，在100℃以下时，HDPE的长周期结构不随温度发生变化，但片晶内部非晶区厚度略有增加而晶区厚度略有减小，相应的线性结晶度减小。当温度升至110℃以上时，随着温度的增加，晶区、非晶区和片晶的尺寸均明显增大。聚乙烯内片晶从120℃时开始大量熔化。利用SAXS和差示扫描量热法（DSC）实验技术研究了掺杂不同浓度碳纳米管（CNT）和碳黑（CB）颗粒的复合材料HDPE/CNT和HDPE/CB的结构变化。研究发现，碳颗粒的掺杂对HDPE的长周期结构有影响，CNT和CB颗粒在复合材料中可以起到成核剂的作用。对复合材料进行SAXS原位变温实验，发现碳颗粒的掺杂对HDPE的晶区结构有加固作用。利用SAXS研究了1.157GeV的Fe离子辐照HDPE的结构随辐照剂量的变化。通过改变X射线入射光束与样品表面法线夹角的方式成功分离HDPE片晶结构与离子径迹结构的散射强度信息。通过Lorentz修正、一维相关函数和分形维数分析发现HDPE片晶结构随辐照剂量的变化关系和辐照产生富碳材料的分形特征。选用Core-shell模型对离子径迹散射强度进行计算拟合，得到径迹半径以及径迹区域电子密度变化等信息。利用X射线衍射（XRD）实验技术测试分析得到的离子径迹半径大小与SAXS的实验结果相近。最后尝试利用SAXS和XRD对1.157GeV的Fe离子辐照的HDPE/CB结构随辐照剂量的变化进行了研究。研究发现，碳颗粒的掺杂保护了HDPE的长周期结构，使材料具有一定的抗辐照性。