高分子物理課件復(fù)旦大學(xué)cha

高分子物理歡迎來到復(fù)旦大學(xué)高分子物理課程。本課程將深入探討高分子材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用，為您揭示這一fascinating領(lǐng)域的奧秘。課程概述1基礎(chǔ)理論高分子定義、分類、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2深入探討高分子溶液、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)3特性研究粘彈性、分子量分布、合成方法4應(yīng)用前景表征方法、加工成型、產(chǎn)品應(yīng)用高分子的定義分子量標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)分子質(zhì)量通常大于1萬的巨大分子。結(jié)構(gòu)特征由許多相同或不同的重復(fù)單元通過共價(jià)鍵連接而成。物理性質(zhì)具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，如粘彈性、高強(qiáng)度和高韌性。高分子的分類天然高分子如蛋白質(zhì)、多糖、核酸等生物大分子。合成高分子如聚乙烯、聚丙烯、尼龍等人工合成的高分子材料。無機(jī)高分子如硅橡膠、聚磷腈等含無機(jī)元素的高分子。有機(jī)-無機(jī)雜化高分子結(jié)合有機(jī)和無機(jī)成分的新型高分子材料。高分子的結(jié)構(gòu)1一級(jí)結(jié)構(gòu)單體的化學(xué)組成和連接方式。2二級(jí)結(jié)構(gòu)分子鏈的空間構(gòu)象，如螺旋、折疊等。3三級(jí)結(jié)構(gòu)分子鏈間的相互作用和排列方式。4超分子結(jié)構(gòu)高分子在宏觀尺度上的組織形態(tài)。高分子的性質(zhì)彈性可在外力作用下發(fā)生大變形，并在外力撤除后恢復(fù)原狀。強(qiáng)度具有較高的抗拉伸、抗壓縮和抗沖擊能力。熱性能熱塑性和熱固性高分子具有不同的熱響應(yīng)特性?；瘜W(xué)性能對(duì)化學(xué)試劑的抗性和反應(yīng)性各不相同。高分子溶液溶解過程高分子鏈在溶劑中逐漸舒展。溶液性質(zhì)粘度高，分子量對(duì)性質(zhì)影響顯著。溶液熱力學(xué)混合焓、熵和自由能的變化。應(yīng)用紡絲、涂料、膠粘劑等領(lǐng)域。高分子的相圖1單相區(qū)2兩相區(qū)3臨界點(diǎn)4玻璃化轉(zhuǎn)變5結(jié)晶化相圖描述了高分子系統(tǒng)在不同溫度、壓力和組成下的狀態(tài)變化。高分子熱力學(xué)1混合自由能2Flory-Huggins理論3相分離4玻璃化轉(zhuǎn)變熱力學(xué)原理幫助我們理解高分子的相行為和性質(zhì)變化。高分子動(dòng)力學(xué)10^-12s分子振動(dòng)原子級(jí)別的快速運(yùn)動(dòng)。10^-6s局部松弛分子鏈段的運(yùn)動(dòng)。1s鏈運(yùn)動(dòng)整個(gè)分子鏈的重排。10^3s宏觀流動(dòng)高分子材料的流變行為。高分子的粘彈性彈性響應(yīng)類似于固體，可以儲(chǔ)存能量。粘性響應(yīng)類似于液體，可以耗散能量。時(shí)間依賴性力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間和溫度變化。高分子的緩和時(shí)間1快速響應(yīng)短鏈段運(yùn)動(dòng)，時(shí)間尺度小。2中等響應(yīng)分子鏈局部運(yùn)動(dòng)，時(shí)間尺度中等。3慢速響應(yīng)整鏈運(yùn)動(dòng)，時(shí)間尺度大。4宏觀響應(yīng)材料整體變形，時(shí)間尺度最大。高分子的分子量分布數(shù)均分子量分子數(shù)平均，反映小分子的貢獻(xiàn)。重均分子量重量平均，反映大分子的貢獻(xiàn)。Z均分子量更強(qiáng)調(diào)高分子量部分。多分散性指數(shù)反映分子量分布的寬窄。高分子量均分均分概念描述高分子樣品中分子量的平均水平。計(jì)算方法根據(jù)不同均分定義，采用相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式。性質(zhì)影響不同均分值對(duì)應(yīng)不同的物理和加工性能。測定技術(shù)如凝膠滲透色譜法、靜態(tài)光散射法等。高分子的合成方法加聚反應(yīng)單體通過加成反應(yīng)形成高分子?？s聚反應(yīng)兩種或多種單體通過縮合反應(yīng)形成高分子。開環(huán)聚合環(huán)狀單體開環(huán)后形成線性高分子。聚合物改性通過化學(xué)反應(yīng)改變已有高分子的結(jié)構(gòu)。自由基聚合1引發(fā)形成自由基。2增長自由基與單體反應(yīng)，鏈增長。3終止自由基相互作用，反應(yīng)停止。4鏈轉(zhuǎn)移活性轉(zhuǎn)移到其他分子。離子聚合陽離子聚合通過碳正離子進(jìn)行聚合。適用于烯烴、環(huán)氧化物等。陰離子聚合通過碳負(fù)離子進(jìn)行聚合。適用于丙烯腈、苯乙烯等。特點(diǎn)反應(yīng)速度快，可控性好，可合成特殊結(jié)構(gòu)高分子。配位聚合Ziegler-Natta催化劑用于烯烴立體規(guī)整聚合。茂金屬催化劑可精確控制聚合物結(jié)構(gòu)。優(yōu)勢可合成高度立體規(guī)整的聚合物。應(yīng)用廣泛用于聚烯烴等材料的工業(yè)生產(chǎn)?？s聚聚合1單體2反應(yīng)3副產(chǎn)物4聚合度控制5應(yīng)用縮聚反應(yīng)中，兩種或多種單體通過脫去小分子而聚合。常見產(chǎn)物包括聚酯、聚酰胺等。高分子的表征方法這些先進(jìn)儀器用于分析高分子的結(jié)構(gòu)、組成和性能。高分子的光學(xué)性質(zhì)透明性與結(jié)晶度、添加劑有關(guān)。折射率影響光的傳播和反射。雙折射在應(yīng)力下表現(xiàn)各向異性。熒光性某些高分子可發(fā)熒光。高分子的導(dǎo)電性本征導(dǎo)電高分子如聚吡咯、聚苯胺等，主鏈共軛結(jié)構(gòu)。復(fù)合導(dǎo)電高分子在絕緣高分子中添加導(dǎo)電填料。應(yīng)用柔性電子、防靜電材料、傳感器等。高分子的生物相容性表面性質(zhì)親水性、電荷分布影響細(xì)胞粘附。降解性可控降解速率適應(yīng)不同應(yīng)用需求。機(jī)械性能匹配人體組織的力學(xué)特性。生物活性促進(jìn)細(xì)胞生長和組織再生。生物醫(yī)用高分子材料可降解材料如聚乳酸，用于縫合線、骨釘?shù)?。人工器官如人工血管、心臟瓣膜等。藥物遞送控釋微球、水凝膠等載藥系統(tǒng)。高分子納米復(fù)合材料1納米填料如納米粘土、碳納米管等。2界面相互作用填料與基體間的界面設(shè)計(jì)。3性能提升力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性能顯著改善。4應(yīng)用前景航空航天、電子、能源等領(lǐng)域。高分子的加工成型擠出連續(xù)生產(chǎn)管材、薄膜等。注塑生產(chǎn)復(fù)雜形狀的塑料制品。吹塑制造中空制品如瓶子。壓制適用于熱固性塑料。高分子產(chǎn)品的應(yīng)用高分子材料在現(xiàn)代生活中無處不在，從日常用品到高科技領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。高分子材料的未來智能材料響應(yīng)環(huán)境變化的高分子。仿生材料模仿自然結(jié)構(gòu)的高性能材料。可持續(xù)材料生物基和可降解高分子。多功能復(fù)合材料集多種性能于一體的新型材料。本課程小結(jié)1基礎(chǔ)知識(shí)掌握高分子的定義、分類和基本性質(zhì)。2深入理解探討高分子的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。3前沿技術(shù)了解高分子材料的最新研究進(jìn)展。4實(shí)際應(yīng)用認(rèn)識(shí)高分子材料在各行業(yè)中的重要作用。參考文獻(xiàn)高分子物理-何曼君、張紅東編著PolymerPhysics-MichaelRubinstein,Ra