高分子物理課件復(fù)旦大學(xué)chaer

高分子物理第一章導(dǎo)論高分子科學(xué)的重要性高分子的特點高分子物理的研究內(nèi)容和重要性高分子物理的發(fā)展簡史本課程所講授的內(nèi)容1.高分子科學(xué)的重要性現(xiàn)代工業(yè)的重要標(biāo)志其他產(chǎn)業(yè)的重要支柱…“Iaminclinedtothinkthatthedevelopmentofpolymerizationis,perhaps,thebiggestthingchemistryhasdone,whereithashadthebiggesteffectoneverydaylife.Theworldwouldbeatotallydifferentplacewithoutartificialfibers(纖維),plastics(塑料),elastomers(彈性體),etc.Eveninthefieldofelectronics,whatwouldyoudowithoutinsulation?Andthereyoucomebacktopolymersagain.”LordTodd,presidentoftheRoyalSocietyofLondon,quotedinChem.Eng.News

1980,

58(40),29,inanswertothequestion,Whatdoyouthinkhasbeenchemistry’sbiggestcontributiontoscience,tosociety?PolymersRelatedtoInformationTechnologyColordegradationandnarrowviewinganglewithoutnegativecompensationfilmsHighcontrastratioandwideviewinganglewithnegativecompensationfilmsColordegradationandnarrowviewinganglewithoutnegativecompensationfilmsHighcontrastratioandwideviewinganglewithnegativecompensationfilmsPolymerlightemittingdiodes:RedYellowBlueLCDafterusingpolymeropticalcompensationfilms:2.高分子的特點(1)長鏈分子N>>1合成高分子N~102-104天然高分子N~109-1010DNA、RNA，Protein,…AFMofSingleChains(2)影響物理性質(zhì)的幾大因素

聚合度Nb.單體連接->缺少獨立運動的自由度->熵的損失c.高分子鏈具有不同程度的柔順性d.結(jié)構(gòu)的多變性3.高分子物理的研究內(nèi)容和重要性結(jié)構(gòu)性能(1)研究內(nèi)容包括：理論、實驗表征等手段為高分子材料的分子、結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能設(shè)計提供理論基礎(chǔ)分子運動(2)重要性-a.著名公司的材料研發(fā)流程高分子物理-設(shè)計-理論分析高分子化學(xué)-合成,改性結(jié)構(gòu)性能表征高分子產(chǎn)品市場調(diào)研(2)重要性-b.從印第安人穿的靴子談起O2乳液固體O2

1839年Goodyear的硫化技術(shù)S硫化橡膠不了解結(jié)構(gòu)特點，就要走很多的彎路，更談不上分子設(shè)計4.高分子物理的發(fā)展簡史高分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)Staudinger1920-19301.高分子物理的起點橡膠彈性的分子理論Kuhn,Mark1930-1935高分子鏈構(gòu)象統(tǒng)計理論2.高分子的物化時代和DNA的發(fā)現(xiàn)1935-1965Flory溶液理論，Rouse-Zimm鏈動力學(xué)理論Watson-Crick的d-HelixDNA,Natta聚烯烴聚集態(tài)結(jié)構(gòu)表征方法4.高分子物理的發(fā)展簡史3.現(xiàn)代物理向高分子物理的滲透1965-deGennes和Edwards的蛇行(reptation)理論,標(biāo)度概念(scalingconcept)

高分子物理已成為現(xiàn)代凝聚態(tài)物理的重要分支-軟凝聚態(tài)物理(softcondensedmatter)、軟物質(zhì)(softmatter)或復(fù)雜流體(complexfluids)5.本課程講授的內(nèi)容(1)高分子的形狀和大小構(gòu)型和構(gòu)造構(gòu)象分子量和分子量分布(2)高分子溶液,高分子共混物,嵌段共聚物稀溶液->亞濃溶液->濃溶液的熱力學(xué)(3)高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)非晶態(tài)、結(jié)晶態(tài)和液晶態(tài)一級(近程)結(jié)構(gòu)二級(遠(yuǎn)程)結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)5.本課程講授的內(nèi)容(4)高分子的分子運動學(xué)高分子的三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變(5)高分子的力學(xué)性能小應(yīng)變下的橡膠彈性理論、粘彈性大應(yīng)變下的強度與破壞(6)高分子的電學(xué)性質(zhì)性能參考餃書高分釀子物俯理(修訂丹版，切復(fù)旦靜大學(xué)獵出版攻社，19鄰90叔,何曼值君羅陳維刻孝混董西盒霞編)高聚勇物的景結(jié)構(gòu)逆與性謠能(中科漢大，求科學(xué)飯出版照社)聚合茅物的峰結(jié)構(gòu)帽和物便理性適質(zhì)(李斌恰才,科學(xué)恨出版揭社)聚合森物科惕學(xué)與老材料(科學(xué)湊出版擱社，Ma漁rk單,To授bo汽ls億kyet虜.齊al黃.)Th堤e砌Ph插ys升ic硬s菜of漁P鮮ol櫻ym令er裳s棒(2撿nd嘉E填di色ti壓on玩)盆(S請pr計in季ge頂r,測1逃99尿7,氧G殿.連R.St騾ro顛bl)In扇tr睛od領(lǐng)uc沾ti忽on懷t血o館Po黑ly聾me判r避Ph握ys飼ic冶s棄(O艦xf線or妻d,叉19黨95詞,饅M.Do區(qū)i)Po蒸ly秧me退r領(lǐng)Ph慢ys截ic胃s擦(C些am慚br粱id誰ge且,復(fù)20無03宣,穗Ru月bi暈ns蜜te萍in落)Pr元in基ci易pl研es嗽o肺f旬Po斷l(xiāng)y皂me儉r侮Ch遭em歐is痕tr剝y來(F烈lo烤ry術(shù))……第二旋章套高分藍(lán)子的纏大小楊和形散狀Pr嶺im殘ar隆y銜(一級):Se月co踐nd變ar濱y私(二級):Te棟rt墻ia捕ry肌(三級):Qu犯at番er箏na顆ry匪(四級):第二憶章脹高分余子的結(jié)大小捧和形赴狀2.雀1近程支結(jié)構(gòu)(l武oc積al維)2.租1.校1構(gòu)造(C死on霞st波it勒ut盞io霞ns螺o晶r麻Ar搖ch叛it膚ec認(rèn)tu奶re梨s)-CH2-CH2-2.龍1.判1.遣1結(jié)構(gòu)肌單元湊的化喚學(xué)組擋成2.底1.潛1.沖2鍵接片結(jié)構(gòu)2.先1.總1.快3支化僅與交紗聯(lián)局部的化學(xué)結(jié)構(gòu)2.津1.創(chuàng)1.溜4均聚籌與共瘦聚Ho蓋mo蛾po塞ly掠me駛rs(均聚容物):Li勇ne勺ar頁p慚ol央ym案erBr惹an扮ch語ed偵p肯ol伙ym雁erCr狂os扁s-舅li迫nk君ed脅p仍ol占ym成erCo鋼po薄ly縮慧me霸rs骨(共聚援物):Li剝ne機ar辯r收an店do殃m飯co妹po心ly顯me術(shù)rLi遠(yuǎn)ne慚ar息a亡lt校er領(lǐng)na勝ti穩(wěn)ng侮c局op腹ol玩ym默erLi挨ne賤ar誕b恥lo神ck似c培op阿ol臺ym冊erGr喂af忠t氏co流po毅ly沃me單r:twodifferentmonomersand星形態(tài)和超愉支化牙高分熟子Star(星狀)polymershomo-armed(同臂)hetro-armed(雜臂)Hyperbranched(超枝化)PolymersandDendrimers(樹枝鏈):ThecompositionofdendrimerscanbevariedthroughoutthemoleculeinasystematicwayHo駕w涉ma似ny窯d斬if劈燕fe竟re擴nt崇a馳rc輩hi噸te斬ct富ur暗es殖o義f違ma艙cr虧om妹ol別ec化ul誓es仁c先an病y歪ou疼i爛ma寄gi族ne水?AF喜M騰ofbr想an大ch含ed屋P題ol槐ym大er武s2.業(yè)1.虎2構(gòu)型(C快on抗fi鉆gu疾ra傅ti礦on稱s)Ar寶ra擇ng腦em微en趣ts溜f山ix洽ed陶b使y宴th城e交ch楊em搏ic師al蹈b呼on無di路ng弊i頭n嚼th晨e凈mo合le勝cu爬le柴,熔su昂ch賣a培sci腹s(順式)an屑dtr臥an林s(反式),is爪ot短ac我ti蠟c(等規(guī))丈an溫dsy尸nd瞞io送ta炎ct勾ic(間規(guī))is堆om真er億s.騰T死heco仁nf公ig菊ur科at煉io慈nof不a夕p針ol旅ym毯erca熟nn值ot禾b燥e丘al罵te敵re昏dun頂le示ss揪c倉he慣mi您ca漂l悄bo這nd限s春ar兼e煤br摩ok粒en封a尤nd酷r損ef脊or躬me且d.順式ci芝s反式tr總an宴s2.凝1.天2.同1幾何否異構(gòu)2.秘1.器2.丑2旋光閣異構(gòu)手性分子問題:一根鏈度中同時控出現(xiàn)慮不同歡的C*攔??等規(guī)is格ot定ac冠ti緣瑞c間規(guī)sy售nd拉io因ta芒ct危ic無規(guī)at榆ac他ti劑corbl斬oc卸k2.架1.綢2構(gòu)型(C真on葡fi潮gu疼ra路ti杏on廣s)化學(xué)販鍵固孫定的艘原子怪在空慕間的營幾何魚排列改變躁構(gòu)型(順反陶和旋面光)必須漠打斷鼓化學(xué)特鍵!!繳!2.鴿2遠(yuǎn)程爭結(jié)構(gòu)(gl撒ou霞bl涉e)一根朋鏈整木體的掙形狀馬和大莊小2.則2.濃1高分率子鏈認(rèn)的質(zhì)楚量長度狡平均-數(shù)均攝分子半量(n漆um閃be柔r掙av令er舉ag滴ed蘆)重量某平均-重均悉分子歉量(w遷ei型gh炸t屋av愚er掠ag繡ed志)分子隊量分雜布2.漂2.脫2高分焦子的牲內(nèi)旋橡轉(zhuǎn)構(gòu)偉象tr攪an郵s(反式)饒an墾dga辜uc捆he攤(旁式)羊co送nf慢or歷ma付ti結(jié)on核s:Po綁te蝕nt隱ia且l鍵en情er西gi怎es泉a窯ss圍oc炮ia棄te蛙d終wi鄰th異t啄he族r朵ot心at晉io仆n你of梯c蒙en茄tr藥al株C她-C鞭-b缺on土d顏fo姐r岔et久ha能ne游(da艦sh臺ed訓(xùn)l存in炕e)狐an雷d房誠bu京ta艇ne些(so胳li弊d爭li炒ne).揭Th薦e膽sk柔et蓋ch哲es征s最ho升w求th病e貞tw惹o制mo慘le覺cu截le聚s導(dǎo)in僵v嘉ie坐ws向a匙lo講ng眉t禍he竟C去-C那-b鍵on秘d.Ro狗ta割ti將on避al西I甲so客me耐ri并c劈燕St浸at嬸es徑(旋轉(zhuǎn)覺異構(gòu)泳態(tài)RI突S)假設(shè)每個單元有2個旋轉(zhuǎn)異構(gòu)態(tài)一根鏈的異構(gòu)態(tài)數(shù)目將達(dá)2N-3－無埋需打宇斷化迫學(xué)鍵Ra地nd覽om企c語oi采l壁(無規(guī)及線團)博of食p傍ol玻ym淚eri-1i+1iInmeltorsolution基本的鏈構(gòu)象ZigzagconformationofPE(21helix)Randomcoil無規(guī)線團Co仍mp肝ut兔er翁S產(chǎn)im潮ul坐at辰io賴n鍬of誰a驚S理in休gl盲e氣Ch統(tǒng)ai誘n突in勵S存ol床ut適io晝ns特殊您的鏈聽構(gòu)象虜：平續(xù)面鋸倆齒鏈(z征ig例za磨g)和螺蠅旋鏈Po陵ly復(fù)pr宗op押le貝ne標(biāo)sin輔C宇ry皆st怨al喇s2.捧2.拆3高分刑子的傅柔順之性(f顯le大xi撲bi構(gòu)li槐ty雕)2.矛2.灘3.轎1靜態(tài)恩柔順淺性－熱力夫?qū)W定總義2.鞠2.捕3.瀉1靜態(tài)份柔順釘性－熱力貌學(xué)定渴義De12持久倚長度lp=lex臥p(De/kT)De蹈->雁0,lp->l2.障2.按3高分?jǐn)R子的蘭柔順備性(f腐le辣xi鬼bi史li舟ty久)2.裂2.神3.惕2動態(tài)目柔順擦性－動力某學(xué)定曬義DE12由1到2的轉(zhuǎn)棒換時病間(持續(xù)展時間)tp=t1ex膚p(DE/kT)DE->灣0,tp->t12.畢2.掛3.移3影響沃柔順搞性的穩(wěn)主要牽因素主鏈榆結(jié)構(gòu)側(cè)基鏈的閃長短2.突2.餡4高分查子鏈裕構(gòu)象怕的統(tǒng)哲計關(guān)鍵蛾是尋砍找無漠規(guī)線栽團狀泄柔性土鏈的好表征卡參量2.閑2.叮4.努1均方擴末端動距<h2>和均切方回牧轉(zhuǎn)半爛徑<S2>的幾盜何統(tǒng)渾計方小法<h2><S2><h2>和<S2>的定鑄義Sc晝he例ma住ti脈c冊re靈pr瞞es閱en樂ta孟ti罩on或o槽fho鴨mo洗po燈ly變me獲rch石ai凱n鉛ofN+1午m標(biāo)as禽s斬po喬in綁ts賭a針ndNbo祥nd蠟v費ec懷to序rs蕉.En膊d-監(jiān)to獄-e梯nd滿v測ec懲to蒸r鑰(末端蔑距矢烤量):Me臘an消-s尸qu吊ar脫ed夸e掃nd匪-t文o-準(zhǔn)en搏d梢di旅st糖an膏ce描(均方守末端蝕距):Me為an炮-s城qu覺ar犧ed硬r罰ad戲iu梨s夕of穗g徹yr總at穴io只n種(ho挨mo盒po斤ly絹me積rch各ai馬n)拔(均方的回轉(zhuǎn)努半徑):mi:槽ma只ss眼o的f惱ea勵ch脾p副oi零ntRi:固ve贊ct縮慧or后f執(zhí)ro疤m固th狂e弓co嫩mm探on泉c馳en毒te設(shè)r蛋of蝴m破as紹s陽toi-p紀(jì)oi肥nt<h>=江<R>=共0理想傾高分岔子鏈模型濟的均觀方末紙端距<h2>l:裕th湊e憶bo垮nd朋l絕en看gt魔hei:服th監(jiān)e辱un煌it扮v駐ec鼓to斗r(1)自由連接(2)自由旋轉(zhuǎn)每根絨鍵長相樂等,鍵的立數(shù)目兇為N鍵矢咬量夾在角，猜不是豪鍵角a,餐18厲0-a鍵數(shù)慈目N,不是律聚合鞋度n(1司)自由艘連接(f降re伯el崖y-議jo灰in依te槳d)鏈的<h2>h2fjNqij~膽0-收18裙0既有分子量的特征，又有局部化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(2痕)自由錄旋轉(zhuǎn)(f采re馳el塞y-億ro汽ta兩ti薪ng您)鏈的<h2>相鄰結(jié)兩鍵喘的q角是固必定的例：O’x’O’y’O’z’Oxcosq0cos(p/2+q)Oy010Ozsinq0cosqO’增y’垂直澤紙面,O’集z’平行弟紙面qp-qii+1i+2xyzx’y’z’fOO’自由毛旋轉(zhuǎn)(f追re幣el帖y-鮮ro離ta主ti雖ng伏)鏈的<h2>理想建高分睜子鏈<h2>和<S2>的關(guān)若系對于網(wǎng)自由拔連接紗鏈和停自由劈燕旋轉(zhuǎn)欲鏈理想泊高分武子鏈瓦模型底幾何斥統(tǒng)計醋理論潔結(jié)果鹽的適奪用性稀溶省液反敗而有員問題適合Q溶液,熔體不知榜道具鑄體的倆概率識分布體積閣排除矛盾??1.模型尊的局回限性2.幾何豆統(tǒng)計催方法的局冠限性2.市2.勒4.夸2理想域高分歌子鏈蘆模型揪的概升率統(tǒng)演計方賓法R1,P(R1)…R2,P(R2)R3,P(R3)2.保2.救4.姿2以理堪想高喝分子所鏈末草端距h為變州量的腔概率地分布侮函數(shù)對于施單個化鍵矢石量的淚概率偏分布商函數(shù)一根港含有N個鍵滅矢量碧鏈在柄某一點狀態(tài){rN}下的緩概率淺函數(shù)Y某一凍構(gòu)象遮組合妹態(tài)l0滿足導(dǎo)末端奴距=R的自鵝由連咳接鏈距的概催率分蔑布函捷數(shù)(R,N)RnRn-1rnxyzRd3R0鏈節(jié)的空間坐標(biāo)末端增矩矢闊量=d函數(shù)國的Fo記ur鵲ie衣r變換糖原函維數(shù)FTFTiF賄TiF稍Tf(x)=si編n(wx)f(x)=C,w->趣0F=d(w)F=w滿足府末端首距=R的自襖由連盡接鏈消的概厲率分瘋布函代數(shù)(R,N)概率燦分布膀函數(shù)(R,N)的物曠理意扇義=固定突了兩家端距態(tài)離及召方向忍、步擦長和好步數(shù),有多兆少路揚可走滿足熄末端描矩=R的自售由連莊接鏈繁的概吧率分境布函丹數(shù)(R,N)Path1,

Path2,…Pa賣thi,無規(guī)拐行走(r退an喊do找m喝wa彼lk譜)只考點慮末虹端距付長度拋不考湊慮方陶向的W(h,N)RR’W(h,N)h概率真密度津高斯用分布(R,N)徑向磚分布末端孝距分菜布函值數(shù)(R,N)的應(yīng)塘用W(h,N)hh*=(2N/3)1/2

l<h2>1/2=N1/2l理想程高分禽子鏈-I鵝de負(fù)al圈P池ol溫ym愉er嚷C倦ha灘in高斯婚鏈Ga宗us蟲si雷an由C說ha犬in或理騎想鏈Id觀ea負(fù)l徹Ch個ai用n末端儀距滿首足高飼斯分乞布無限是長的屈自由煌連接姜鏈無規(guī)院飛行蛋鏈Ra嚴(yán)nd駛om揮w瘋al訊k1.不同鉤程度爸的剛廚性,旋轉(zhuǎn)廊不自軍由Ex頓cl摔ud域ed媽v墨ol夾um者e勸ef翻fe暮ct拘-自避提行走金鏈(s近el霧f-棕av喝oi始di奧ng集w碎al謀k)真實膜高分迎子鏈-R阻ea夸l它Po石ly悅me遣r艙Ch脊ai沫n2.鏈節(jié)-鏈節(jié)者有相悅互作幕用,鏈節(jié)-溶劑君分子德有相裹互作它用Wh陸en對d迎oe拘s橋th紗e霉fr目ee孤ly呆j葬oi憐nt丈ed突c王ha田in止w爐or稠ks－等效腔自由昌連接孕鏈“Coarse-grained”(粗?；?picture:R(2)降低高分子鏈的分辨率-消除局部的剛性和旋轉(zhuǎn)的不自由將鏈重新劃分成有效鏈節(jié)數(shù)Ne和有效鏈節(jié)長度lechainheadchainend(1)調(diào)節(jié)溶劑-鏈節(jié)的作用屏蔽掉體積排除效應(yīng)和鏈節(jié)-鏈節(jié)相互作用

達(dá)到Q溫度的溶液,測得無擾尺寸<h2>0~N例子御：PE的Ne和leLma像x鏈的揀輪廓挽長度(C尚on信to烤ur斬L挺en荷gt哈h)例子族：PE的Ne和le實驗幅測得PE：n:聚合即度N:鍵數(shù)=2n鏈構(gòu)象絹統(tǒng)計