励杭泉-高分子物理知识体系与概念辨析

高分子物理知识体系与概念辨析北京化工大学励杭泉高分子物理课程的定位什么是高分子物理？聚合物结构与性能的关系？本科高分子物理主要内容化学结构链结构凝聚态结构橡胶弹性粘弹性(应力松弛蠕变动态力学性能)非牛顿流体玻璃化转变熔融与结晶溶液相结构断裂与韧性柔性，玻璃化温度熔点：柔性、分子间力、杂质、晶型熔体粘度：分子量及分布、支化、温度、剪切结晶速率：温度、分子量、冷却速率、取向、成核效率脆韧转变：温度、应变速率、受力方式、相态高分子物理中涉及的影响因素玻璃化转变Tg与结构的关系半节课共性：玻璃化转变的本质自由体积理论(f=0.025)与温度变化速率的关系热焓松弛熔点Tm与结构的关系半节课共性：与晶片厚度的关系与结晶温度的关系与平衡熔点的关系熔限295N.PolymerPhysics.theoriginofsomeoftheimportantphysicalpropertiesofpolymerliquidsandsolids.phasetransitions,crystallization,Morphologyofmultiphasepolymersystems,mechanicalproperties,responsetomechanicalandelectricfields,andfracture.伯克利化工系MATSCIE512PolymerPhysics3creditsStructureandpropertiesofpolymersasrelatedtotheircomposition,annealingandmechanicaltreatments.Topicsincludecreep,stressrelaxation,dynamicmechanicalproperties,viscoelasticity,transitions,fracture,impactresponse,dielectricproperties,permeation,andmorphology.密歇根大学材料系Thermodynamicpropertiesofsolutionsfrombothclassicalandscalingapproaches.Characterizationtechniquesofdilutesolutions.Rubberelasticity;mechanicalandthermodynamicpropertiesofgels;polymermelts.康奈尔大学化学系PhysicalPolymerScienceThemechanical,optical,andtransportpropertiesofpolymersarepresentedwithrespecttotheunderlyingphysicsandphysicalchemistryofpolymersinmelt,solution,andsolidstate.Topicsincludeconformationandmoleculardimensionsofpolymerchainsinsolutions,melts,blends,andblockcopolymers.Examinationofthestructureofglassy,crystalline,andrubberyelasticstatesofpolymers;thermodynamicsofpolymersolutions,blends,crystallization;liquidcrystallinity,microphaseseparation,andself-assembledorganic-inorganicnanocomposites.Casestudiesofrelationshipsbetweenstructureandfunctionintechnologicallyimportantpolymericsystems.MIT材料系10.560StructureandPropertiesofPolymersReviewofpolymermolecularstructureandbulkmorphology;surveyofmolecularandmorphologicalinfluenceonbulkphysicalpropertiesincludingnon-Newtonianflow,macromoleculardiffusion,gastransportinpolymers,electricalandopticalproperties,solid-statedeformation,andtoughness.Casestudiesforproductdesign.MIT化工系10.568PhysicalChemistryofPolymersChainmacromoleculesasrandomcoils(unperturbed,expanded)andasothershapes.Statisticalthermodynamicsofinterpenetratingrandomcoilingpolymersinsolutionwithapplicationtophaseseparations,swellingofnetworks,depressionofmeltingpoint.Theisolatedchainmoleculeindilutesolutionsanalyzedformassorsizebystaticmethods(osmometry,lightscattering,neutronscattering)andbydynamicmethods(intrinsicviscosity,sizeexclusionchromatography,sedimentation).Introductiontochaindynamicsandtorubberelasticity.MIT化工系Synthesis&ProcessPropertyComposition&StructureApplication&PerformanceTheoverarchingparadigmofmaterialsscienceandengineering力所不能及高分子物理提供理论基础学习了普通物理为什么还要学习高分子物理？高分子物理的研究对象是链状分子高分子的特殊性不在其分子量高，而在其特殊的长链状结构故高分子物理研究的是高分子的共性运动规律有哪些共性?1.熔体粘度2Me未缠结缠结3.41.00123456聚二甲基硅氧烷聚异丁烯聚乙烯聚丁二烯聚四甲基苯撑硅氧烷聚甲基丙烯酸甲酯聚环氧乙烷聚醋酸乙烯酯聚苯乙烯常数+logM常数+log0Polyphenylenesulphone370CFluoropolymer265CxLLDPEdcpHDPEZ-N210CLLDPEmet200CPU190CxLLDPExrayPET285CABSPS0.70.60.50.40.30.20.10.005001000150020002500Shearrate(s-1)Shearstress(MPa)2.剪切变稀1061071081091010u(cm/s1)1400TTm0(K)iPS3.结晶速率103104105106u(cm/s1)1600TTm0(K)Nylon6104105106107108109u(cm/s1)1400TTm0(K)TMPS4.结晶温度与晶片厚度关系200180160140120100806040200.000.050.100.150.200.250.300.35T/CsPPsPP(PcO4)sPP(PcO15)sPP(PcO20)/nm11cL5.橡胶弹性6.粘弹性7.溶液粘度8.取向。。。。。。化学结构链结构凝聚态结构分子量溶液橡胶弹性粘弹性流变学基础力学状态力学性能定位决定知识体系结构-性能定位：并联结构传统的高分子物理教学体系链结构(近程结构，远程结构)聚集态结构(熔点，结晶动力学，取向，液晶态，“织态”)溶液(稀溶液，浓溶液)分子量分子量分布分子运动(玻璃化转变，粘性流动)力学性质1.玻璃态与结晶态力学性质2.高弹态聚合物的力学性质3.粘弹性电学性质共性运动规律定位：从物理的角度重新构建高分子物理知识体系各章内容相互独立，之间没有联系或只有微弱的联系，前后顺序不重要1.系统性教学法：并联结构有机化学：烷、烯、醇、醛、酸、酯、芳香材料学：金属、陶瓷、聚合物、复合材料代表：两种教学法各章内容有严格的接续关系，前后顺序不能更换2.逻辑性教学法：串联结构平面几何：点、线、角、三角形、四边形、圆代表：同时照顾逻辑性与系统性，当二者有矛盾时取逻辑性优先一门课的逻辑性章与章、节与节、知识点与知识点之间均应有接续关系，不能有“后面说明”或遥远的“前面讲过”把知识点分成尽可能小的多个台阶，由最简单、最容易了解的知识出发，一点一滴地按程度提升到最复杂的知识。在那些彼此之间并不存在自然顺序的事物中，也要假设有一种秩序，哪怕是虚构的秩序笛卡尔的方法论从基本概念出发，沿主线顺序导出各种概念学科基础：高等数学、普通物理有机化学、物理化学逻辑的源头？长链分子熵弹性缠结松弛长链结构有哪些共性Entropicelasticity:TheretractiveabilitywheretheenergyisstoredinloweredentropyEntanglement:AstructurethatthepolymerchainsinterpenetratedeachotherRelaxation:Atransientstateofmovementfromnon-equilibriumtowardsequilibrium熵弹性橡胶弹性粘土插层粘弹性流体弹性银纹回复蠕变回复缠结橡胶平台高粘度晶片厚度链段运动松弛特性(非平衡性)玻璃化转变熔融与结晶滞后与内耗介电松弛知识体系重构要处理的顺序问题：无序有序柔性链刚性链平衡非平衡先无定形后有序重柔性链轻刚性链先平衡态后非平衡态单链多链先单链后聚集体第一部分：预备知识组成与构造构型与规整性分子量及其分布第二部分：柔性链平衡态知识构象线团熵弹性橡胶弹性理想链溶液[]&GPC热力学真实链渗透压相分离第三部分：无定形聚合物的转变与运动运动状态玻璃化转变高分子流体静态粘弹性动态粘弹性两个原理第四部分：聚合物的有序态结晶结构熔融与结晶热力学取向液晶结晶动力学第五部分：极限力学性能脆韧转变屈服与冷拉银纹与增韧断裂与韧性撤消专章，分属不同的测定机理部分有关分子量的测定渗透压混合热力学特性粘度、GPC线团部分光散射不讲端基法预备知识光、电、磁、声学性能?与长链结构无关高分子材料课或其它课程解决普通物理学过了基本概念辨析一、结构二、形变概念辨析一近程结构远程结构一级结构二级结构链结构聚集态结构取向态结构织态结构近程结构远程结构化学组成构型支化交联共聚物序列构象，分子量说法一一级结构：链结构二级结构：链与链的结构化学组成构型构象，分子量说法二支化交联共聚物序列Levelsofproteinstructure.Thisfiguresummarizesthefourlevelsofstructure,usingthemoleculehemoglobin,atetramerofmyoglobinlikechains.HHRHOR一级结构构型二级结构局部构象三级结构整链构象四级结构链的堆砌蛋白质结构层次的套用：一级结构：氨基酸(单体)的化学组成、构型二级结构：局部构象三级结构：整体构象四级结构：链的堆砌(聚集态结构)问题一：蛋白质的化学结构仅在一级结构二级以上均为物理结构嵌段接枝星形网络合成高分子存在高级的化学结构化学结构的“级”与物理结构的“级”发生矛盾问题二：蛋白质没有分子量问题合成高分子的分子量是重要结构参数什么“级”？仍