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文档简介
参考书目,1.高分子物理近代研究方法张俐娜等,武汉大学出版社,2006;2.聚合物结构分析,朱诚身,科学出版社,2004;3.高分子物理何曼君,复旦大学出版社,1990;4.Anintroductiontopolymerphysics,DavidI.Bower,化工出版社,2004;5.高聚物的结构和性质马德柱等,科学出版社,2003;6.高分子物理学习指导董炎明等,科学出版社,2005;7.高分子物理,刘凤歧、汤心颐,高等教育出版社8.现代高分子物理学,殷敬华等,科学出版社,20019.赛思高分子科学网10.HandsonPlasticsTM,人类的文明史=材料的发展史,材料包括:,金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料,高分子概念的形成和高分子科学的出现始于20世纪20年代,但高分子材料是近50年发展最快的材料,高分子科学与工程的三个基础性分支学科,高分子化学高分子物理(结构与性能关系研究)高分子工程(聚合反应工程和高分子成型)功能高分子材料与技术,高分子物理是一门新兴的学科,是在人们长期的生产实践和科学实验的基础上逐渐发展起来的。高分子物理这门科学的发展过程:蒙昧萌芽争鸣发展,Developmenthistoryofpolymerphysics,1.蒙昧期,19世纪的中叶以前,木材、棉、麻、丝、毛、漆、橡胶、皮革和各种树脂等天然高分子材料都已经在人们的生活和生产中得到了广泛的应用。有些加工方法改变了天然高分子的化学组成,如橡胶的硫化(1839)、皮革的揉制、棉麻的丝光处理,以及把天然纤维制成人造丝、赛璐珞(1868)等。尽管这些技术取得了重要的结果和丰富的经验,然而,人们只知道使用、加工,不知道化学组成和结构。,2萌芽期,自19世纪的后期,人们开始研究天然高分子的化学组成、结构和形态学,还有意无意地合成了一批化合物。它们通常是粘稠的液体或无定形粉末,无法纯化和分析,被当作废物抛弃。有些高分子化合物虽然得到应用,但是人们只知道它是“材料”,并不知道它是“高分子”。1877年,Kekule就曾指出:绝大多数与生命直接联系在一起的天然有机物蛋白质、淀粉、纤维素可以由很长的链组成,并且这种特殊的结构决定它们具有特殊的性质。但被当时有机化学和胶体化学的声音掩盖。,2萌芽期,当时,有机化学家可以熟练地合成和提纯小分子有机物,并分析它们的组成;准确地测定它们的熔点、沸点和分子量等。但是,当他们遇到这种粘糊糊的高分子时,就束手无策了,不能用已往的手段提纯和分析,它们不能升华和结晶,也没有固定的熔点和沸点,甚至连表征化合物的最重要的参数-分子量也捉摸不定。因此,有机化学家们认为这种物质不是纯粹的化合物,而是由小分子通过“次价”力结合而成的聚集体,有不少人认为这种物质的溶液是胶体体系。1893年,Fischer将氨基酸逐个连接成多肽,制备了聚合度为30的单分散多肽,证明多肽是由许多氨基酸单元通过正常的CONH化学键相连而成的线型长链分子,这一工作孕育了高分子学说的基本思想。,3.争鸣期,1920年,H.Staudinger(德)发表了他的划时代的文献论聚合,提出了链结构模型。它们是由共价键联结起来的大分子,但分子的长度不完全相同,所以不能用有机化学中“纯粹化合物”的概念来理解大分子。这些大分子是许多同系物的混合物,它们彼此结构相似,性质差别很小,难以分离。然而,由于高分子的降解和当时实验方法的粗糙,使分子量的测定不能重复,这又给那些胶体缔合论者找到了反对大分子学说的借口。他们认为用溶液的依数性所测得的不是溶质的分子量,而是胶粒的重量,因胶粒不稳定,所以结果不重复。这样,双方观点相持不下。,3.争鸣期,此后,人们改进了实验方法,通过渗透压,端基分析法测定高分子化合物的分子量,所得结果一致。用超离心机把含有蛋白质的胶体溶液在不同的温度和不同的盐溶液中进行超离心分析时,证明分子量是均一的。电泳法研究结果表明,对于一定的蛋白质,每单位质量所带的电荷数总是相等的。另外,也成功地获得了尿素酶的结晶。这许多发现都是胶体缔合的理论所不能解释的。因此,在1930年初,才认识到在有机胶体中所遇到的是真正的高分子。1932年,Staudinger提出了溶液粘度与分子量的关系式。通过大量的实验事实,雄辩地证明了大分子的存在。30年代末期,高分子学说终于战胜了胶体缔合论。从此,高分子科学进入了发展。,4.发展期,当高分子理论促进了合成高分子工业的发展后,出现了一大批商品化的合成材料,这些合成高分子(合成材料)的出现,又为理论研究提供了大量的实验依据和积累了丰富的数据,促进了高分子物理的迅速发展。Carothers缩合聚合尼龙-66Ziegler(德)定向聚合HDPENatta(意)改进催化剂等规PPOstwald和Svedberg用扩散、沉降、粘度和浊度的测定,建立了高分子溶液定量研究的基础Scherrer用X射线衍射研究聚合物材料的聚集态结构,3040年代,高物领域最有代表性的工作:WKuhn、E.Guth和H.Mark等把统计力学用于高分子链的构象统计,建立了橡胶高弹性统计理论Svedbergy用超离心技术测定蛋白质的分子量1942年,Flory和Huggins用似晶格模型推导出高分子溶液的热力学性质,理论上的解释了高分子稀溶液的依数性质Debeye和Zimm用光散射法研究高分子溶液性质,测定了Mw1949年,Flory和Fox把热力学和流体力学联系起来,使粘度、扩散、沉降等宏观性质与分子的微观结构有了联系Tobolsky,Williams等发展了粘弹性理论Watson和Crick用X射线衍射法研究高分子的晶系结构,于1953年确定了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。此后人们发现许多天然高分子和合成高分子都具有这种奇特的结构,此外,偏振红外吸收光谱,旋光色散,核磁共振,示差热分析,在密度梯度池中的沉降和扩散等聚合物鉴定的新方法都得到了一定程度的发展。50年代,高分子物理学基本形成70年代,高分子功能材料大发展:1969聚偏氯乙烯压电性的发现与研究1975-(-SN-)-超导性发现;铁电液晶的合成1977聚乙炔膜合成方法及高导电性发现1979(TMTSF)2PF2超导性发现感光材料PVK-TNF用于复印技术液晶显示工业化塑料光纤应用,80年代导电高分子加工及应用大发展液晶显示器商品化、压电高分子用于传感器、分离膜技术进步、人工器官临床应用、铁电液晶空间光调制器、C60的发现,具有超导性,非线性光学效应新动向:1.向生命现象靠拢2.更加精密化我国1965年用人工合成的方法制成结晶牛胰岛素,这是世界上出现的第一个人工合成的蛋白质高分子已不仅用作以力学特性为主的结构材料,而且试图用作各种功能材料。研究高分子对电、光、热、化学变化等各种刺激的响应,以及开拓合成具备这些特性而结构奇妙的高分子的特殊反应也很热门。这样,高分子科学始终保持着年轻的活力,高分子物理,?What研究对象,?How研究方法,?Why研究目的,What?研究对象,高分子(聚合物)与大分子PolymerandMacromolecule高分子材料,塑料热固性塑料(酚醛树脂、脲醛树脂)热塑性塑料(PE,PP,PVC,PS,PMMA,尼龙)橡胶天然橡胶(聚异戊二烯)合成橡胶(顺丁,丁苯,丁腈,丁基橡胶)纤维腈纶(PAN)、丙纶(PP)聚酯纤维(PET)、尼龙涂料与粘合剂,高分子按用途可分为:,HistoryofPolymers,15世纪,天然橡胶,Mayan1839年,天然橡胶的硫化,C.Goodyear1869年,赛璐珞(Celluloid),J.W.Hyatt1907年,酚醛塑料(Bakelite),LeoBaekeland1920年,论聚合反应,HermannStaudingerPVC,Teflon(PTFE),PS,PE,丁钠橡胶和丁苯橡胶1938年,尼龙,W.Carothers;聚酯纤维(1940)1950s,低压PE和PP,Ziegler-NattaCatalyst各种功能高分子材料,PolymerScienceandNobelPrize,1953,HermannStaudinger,H.Staudinger(1881-1965),“forhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistry”,1963,KarlZieglerandGiulioNatta,KarlZiegler(1903-1979),GiulioNatta(1898-1973),fortheirdiscoveriesinthefieldofthechemistryandtechnologyofhighpolymers,1974,PaulJ.Flory,PaulJ.Flory(1910-1985),forhisfundamentalachievements,boththeoreticalandexperimental,inthephysicalchemistryofthemacromolecules,1991,Pierre-GillesdeGennes,fordiscoveringthatmethodsdevelopedforstudyingorderphenomenainsimplesystemscanbegeneralizedtomorecomplexformsofmatter,inparticulartoliquidcrystalsandpolymers,Pierre-GillesdeGennes(1932),2000,HidekiShirakawa,AlanJ.HeegerandAlanG.MacDiarmid,forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers,HidekiShirakawa(1936),AlanJ.Heeger(1936),AlanG.MacDiarmid(1927),中国高分子具有突出贡献的科学家及从事的领域简介,钱人元中化所高分子物理主要是凝聚态物理的研究冯新德北大高分子化学唐敖庆吉大量子物理与统计在高分子中应用王佛松长应化顺丁橡胶国产化沈家骢吉大功能高分子及生物大分子合成沈芝荃浙大高分子合成林尚安中山大学高分子化学徐僖四川大学聚合物的加工成型理论及可降解材料研究卓仁喜湖北大学生物高分子周其凤北京大学高分子液晶程镕时南京大学高分子表征,聚合物结构与性能的关系,how?研究方法,高分子物理:研究高分子的结构与性能及其关联的一门学科。决定结构与性能关系的内在因素在于高分子的运动及相互作用,探索各种环境下高分子各运动单元的运动规律,以分子运动的观点讨论各领域内的实际问题乃是高分子物理学的精髓。,高分子物理内容,高分子的链结构,高分子的凝聚态结构,高分子溶液,分子量及分子量分布,聚合物的转变与松弛,橡胶弹性,聚合物的粘弹性,聚合物的屈服与断裂,聚合物的流变性能,聚合物的其它性能,高分子的结构,高分子的运动,高分子的性能,高分子结构与性能的联系,高分子结构的内容,高分子的链结构指单个高分子链的结构,包括:单个高分子链的构造与构型一次结构单个高分子链的大小、形态二次结构高分子的聚集态结构指多个高分子链的堆砌结构,包括:非晶态、晶态、取向态、液晶态结构三次结构织态结构(三次结构的再堆砌)高次结构,高分子量线链状结构分子量和分子尺寸的多分散性结构的多层次性,高分子结构的特点,1.由个数很多(103105数量级)的结构单元组成的,每一个结构单
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