高分子物理期中考试

南昌大学2009～2010学年第一学期期中考试试卷课程编号：H57010018课程名称：高分子物理考试形式：开卷适用班级：12级高分子姓名：方倩学号：5701112070班级：高分子122班学院：材料科学与工程专业：高分子材料与工程考试日期：2014-10-29课程综述请对高分子链结构和高分子溶液理论两部分章节进行课程总结，要求对高分子链结构特点、量化表征、结晶热力学和动力学、液晶态结构、取向态结构及表征；高分子稀溶液、亚浓溶液、浓溶液热力学理论和相平衡等进行详细摘要，不低于2000字。课程综述：经过近两个月的努力和拼搏，对于高分子物理这门课，高分子链结构和高分子溶液理论这两章的课程学习已经结束。在课后认真的复习后，对于这两章的内容进行了详细的概括和总结，以及平时学习过程中的问题及感受。高物这门课带给我太多的意外和惊喜，关乎生活中的很多方面，有生活常识相关知识，，有学习其他学科可以借鉴的内容，还有很多科技原理，学习高分子物理这门课，让我在知识的海洋里尽情遨游，虽然这门课有点难，不太容易弄懂，但是我会尽我自己最大的努力，相信自己可以完成的很优秀。在学习过程中，除了牢固掌握学科成熟的基础理论，同时更多的了解学科前沿。这门学科的知识体系形成较晚，而且发展速度较快，一方面通过课堂教学了解学科前沿，另一方面，要重视参考书和参考资料的阅读，扩大知识面。通过紧张有序的学习，交流、研讨、评论等对这次课程有了全新的认识，对之前的一些疑惑和迷茫有了深刻的答案让我难忘，不仅使我更系统的把握新课程，让我仿佛身临其境，专题学习，互相评论，互相讨论，集众师之见，使我的眼界得以开阔。首先，第一章是高分子的链结构，总体介绍了高分子聚合物的化学组成、序列结构和构型等，随后又详细介绍了高分子的构象等相关内容。1.高分子链结构特点高分子链的结构包括近程结构（构单元的化学组成、结构单元的构型、分子链的构造、共聚物的序列结构等）。又分为两个级别：一级结构即远程结构（高分子链的形态、(构象)、高分子的大小、(分子量及分布)而二级结构聚集态结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构、织态结构。真是让人觉得眼花缭乱了，很有意思的。然后接下来所讲的构型是指由化学键所确定的原子在空间的几何排列。包括顺-反异构和旋光异构。而其中的旋光异构又包括了全同异构、间同异构和无规异构。其次，在我具体旳印象里，对于共聚物的序列结构来说，按其连接方式可分为以下统计型(含无规)、交替型、嵌段型、接枝型高分子。下面我简单介绍起类似的样貌。无规共聚物～～～ABBABAAABBAB～～～交替共聚物～～～ABABABABABAB～～～嵌段共聚物～～～AAAAAABBBBBB～～～接枝共聚物第二个部分就是量化表征相关的内容了，有点难懂，大部分介绍的是高分子链相关的性质等等，学习过程中花费了好长时间，还算有些收获了。2.量化表征可以由化学法（元素分析、官能团测定等）和光谱法（红外、紫外、核磁共振等）以及放射性的测定来得到；还可以通过分级法、凝胶渗透色谱法（GPC）、折光指数及浊度滴定法来测定。高分子链的远程结构包括高分子的大小及柔顺性，高分子的大小即分子量的问题在高分子溶液中讨论，本讲只介绍高分子的柔顺性。柔顺性是高分子最重要的特性之一。这里要介绍它成因、影响因素及定量表征。高分子链具有柔顺性的本质是由于单键的内旋转，所以高分子的柔顺性必然与单键的内旋转的难易有关。其柔顺性由两类因素决定，一是结构因素，另一类是温度、溶剂、外力、时间等外部因素。而其中主链结构对高分子链柔顺性影响很显著：（1）碳链高分子：不饱和碳链高分子比饱和碳链高分子柔顺；主链含有苯环的高分子和有共轭双键的高分子柔顺性差。（2）杂链高分子和元素高分子：Si-OC-NC-OC-C（3）侧基－侧基的极性、体积和对称性。其中极性侧基极性越大，链的柔顺性越小，极性基增多，则柔顺性减小。非极性侧基中当侧基是柔性时，侧基越长，链的柔性越好。侧基是刚性时,侧基体积增大,空间位阻效应增加,柔顺性下降。(4)支化与交联：支化和交联使柔顺性下降。(5)氢键及分子间作用力:如果高分子在分子内或分子间形成氢键，则分子链的刚性增加。(6)共聚物结构:其中立体构型影响结构性，从而影响链在聚集态下的活动能力。介绍了这儿么多，感觉接下来的内容会更重要，也会更加难懂了，下面是高分子链的末端距及旋转半径的计算方法：末端距h－－高分子链的一端到另一端的距离（矢量）。均方末端距h2－－末端距平方的平均值。均方旋转半径2－－从高分子链的重心到边缘的半径的平方的平均值。在状态下测量的均方旋转半径用02表示。均方旋转半径是用光散射的方法测得的：在状态下02＝1602h(1)自由旋转链的末端距hf2当n1时，hf2==nl211coscos=2nl2；自由连接链，其均方末端距2,jfh等于：22,nlhjf完全伸直链长度均方nlnlLreal322cos末端距的统计计算法中，22zbh和202202max)2cos(hnlhLz两个公式比较重要。但是感觉自己还没有记下来，总是要看着书进行查阅。下面的知识我翻书翻了好久，好不容易才找到一点点的，感觉老师课堂中讲得有点快了，有点跟不上，索性抄了笔记，下面自己在总结一下，这样效率还不错，继续努力。3.结晶热力学和动力学结晶：指物质从液态（溶液或熔融体）或蒸汽形成晶体的过程。是获得纯净固态物质的重要方法之一。描述晶胞结构的六个参数：a，b，c，α，β，γ(平行六面体的三边的长度及它们之间的夹角)。晶体七种类型：立方，四方，斜方(正交)，单斜，三斜，六方，三方(菱形)。全程结晶速度(或结晶总速度)：可用膨胀计法、光学解偏振法、差示扫描量热法(DSC法)来测定，而影响结晶能力的因素具体如下：1、分子链的柔性：聚对苯二甲酸乙二酯的结晶能力要比脂肪族聚酯低；2、支化：高压聚乙烯由于支化，其结晶能力要低于低压法制得的线性聚乙烯；3、交联：轻度交联聚合物尚能结晶，高度交联则完全失去结晶能力；4、分子间力：分子间的作用力大，会使分子链柔性下降，从而影响结晶能力；但分子间形成氢键时，则有利于晶体结构的稳定。5：链的对称性和规整性。Avrami方程即阿弗拉密方程，它是描述结晶和相固态变中转变动力学的唯象方程。φ=1-exp（-kt^n)式中：φ—一定温度下，时间t时的结晶率；n—阿弗拉密指数，与相变机制相关，一般在1～4范围内取值；k—常数。结晶一直是这学期的难点了，成型加工、聚合物性能等好多专业课都会讲到，所以是特别重要的，我的具体总结有下面这些知识点：4.液晶态结构、取向态结构及表征高聚物液晶态是介乎高聚物液态（溶液或熔体）和晶态之间的一种中间状态，称为中介相。它既具有液态的流动性，又具有晶态的各向异性。（1）按分子排列方式分为近晶型、向列型和胆甾型，它们存在一维至二维的有序结构。（2）按生成方式分为热致性液晶和溶致性液晶，前者通过加热在一定温度范围内（从Tm到清亮点）得到有序熔体，后者在纯物质中不存在液晶相，只有在高于一定浓度的溶液中才能得到。（3）按介晶元在分子链中的位置可分为主链型液晶和侧链型液晶。液晶有特殊的黏度性质，在高浓度下仍有低黏度，利用这种性质进行“液晶纺丝”，不仅极大改善了纺丝工艺，而且其产品具有超高强度和超高模量，最著名的是称为凯夫拉（kevlar）纤维的芳香尼龙。高聚物的取向态结构是指无论结晶或非晶高聚物，在外场作用下（如拉伸力）均可发生取向（orientation）。取向程度用取向函数表示如下：F=1/2(3cos²θ-1)式中θ为取向的方向与分子链主轴之间的角度；未取向时，大分子链和链段的排列是随机的，因而呈现各向同性，取向后，由于在取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范德华力为主，因而呈现各向异性。由此使材料在力学、光学和热学性能上取向前后产生显著差别。力学性能：抗张强度及绕曲疲劳强度在取向方向上大大增加，而与其垂直的方向上降低；光学性能：双折射现象；热学性能：Tg增加，对结晶聚合物密度和结晶度增加。5.高分子稀溶液、亚浓溶液、浓溶液热力学理论高聚物溶液从广义上包括稀溶液（1%）、浓溶液（纺丝液、油漆等）、冻胶、凝胶、增塑高分子、共混高分子等其间的分界浓度如下所示：高分子极稀溶液→稀溶液→亚浓溶液→浓溶液→极浓溶液和熔体名称：动态接触浓度接触浓度缠结浓度-浓度范围：～10-2%～10-1%～0.5-10%～10溶剂的选则:非极性体系PS：苯甲苯丁酮2.溶度参数相近择原则(1)极性相近原原则:δ=(ΔE/V)1/2；Gm=△Hm-T△Sm0T0,△S△m0,则△HmT△Sm，△Hm-T△Sm0对于混合溶剂δ=φAδA+φ2δB3.溶剂化原则如PAN-26（δ=31.5）不溶于乙醇（δ=26)，而能溶于甲基甲酰胺因为C—C(CN)—和CH3—CH2(OH)—都是亲电基4.高分子稀溶液热力学理想溶液性质△Smi=-k(N1lnx1+N2lnx2)△Hmi=o△Gmi=RT(n1lnx1+n2lnx2)高分子稀溶液(Flory-Huggin理论)假设(1)等几率每个溶剂分子和链段占有格子的几率相同(2)等构象能思路:△μ→△G→△Sm=?△Hm=?6.高分子溶剂的相平衡高分子溶液的Θ状态是一个重要的参考状态。定义：当一定温度下高分子-溶剂相互作用参数，致使“超额化学位变化”，这种溶液状态称Θ状态，该温度称Θ温度，溶剂称Θ溶剂。对于特定聚合物，当溶剂选定后，可以通过改变温度以满足Θ条件；或溶解温度确定，可以改变溶剂品种（改变12）以达到Θ状态。温度升高降低。当温度高于Θ温度时，有2/112，01E。此时由于链段-溶剂间相互作用，大于溶剂-溶剂、链段-链段相互作用而使大分子链舒展，排斥体积增大，高分子溶液比理想溶液更易于溶解。称此时的溶剂为良溶剂，T高出Θ温度越多，溶剂性能越良。当温度低于Θ温度，01E。此时大分子链段间彼此吸引力大，高分子溶解性能变差。称此时的溶剂为不良溶剂，T低于Θ温度越多，溶解性越差，直至聚合物从溶液中析出、分离。偏摩尔自由能定义：在一定的温度、压力和浓度下，向溶液中再加入1摩尔溶剂（或溶质），体系自由能的改变称为该温度、压力和浓度下溶剂（或溶质）的偏摩尔自由能（又称化学位）。加入溶剂时，由于所加入的溶剂与原来溶液中的溶剂无法区别，因而这也是原来溶液中溶剂对自由能的贡献。加入溶剂后体系的浓度稀释，因此溶剂的偏摩尔自由能又称作稀释自由能，记为1G。稀释自由能1G是一个重要的热力学参数，高分子溶液的许多性质，诸如渗透压π，溶液沸点升高或冰点降低等都与稀释自由能有关。高分子溶液的稀释自由能1G等于溶剂在溶液中的化学位1与纯溶剂化学位01的差值，即2,,101111nPTmnGG]11[ln221221rRT若溶液很稀，φ2＜＜1，则有：])21(1[221221rRT括号中第二项表示高分子溶液与理想（小分子）溶液相比多出的部分，反映了高分子溶液的非理想状态，称溶剂的“超额化学位变化”E1，22121)21(RTE通过这两章的学习，感觉离高分子物理的距离又近了一步，不再是以前的云里雾里，也不会像以前一样总觉的很难，至于高分子物理的学习方法，我相信没有最好，只有更好，要找到适合于自己的学习方法，就像现在考研一样，选择适合于自己的辅导书才是最好的辅导书。我不是很聪明，但我知道“笨鸟先飞”，在此我做以简单归纳：做好准备，提前预习，这样在课堂上能够比较顺利的跟上老师的节奏，取得更好的听课效果；认真听讲，做好记录，随堂记录笔记有助于集中注意听课，并且在期末备考的时候，可以有所侧重，减少盲目性；定期复习，注意交流，要避免因时间过久而遗忘所造成的重复性工作，掌握好复习的间隔；还有要多与同学交流，探讨解答问题的方法，和对不同问题的意见，将更有助于拓宽思路。总之，我要树