高分子物理课件(复旦大学)chapter1-2.ppt

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高高分分子子物物理理第一章第一章导导论论n高分子科学的重要性高分子科学的重要性n高分子的特点高分子的特点n高分子物理的研究内容和重要性高分子物理的研究内容和重要性n高分子物理的发展简史高分子物理的发展简史n本课程所讲授的内容本课程所讲授的内容1.高分子科学的重要性高分子科学的重要性n现代工业的重要标志现代工业的重要标志n其他产业的重要支柱其他产业的重要支柱“Iaminclinedtothinkthatthedevelopmentofpolymerizationis,perhaps,thebiggestthingchemistryhasdone,whereithashadthebiggesteffectoneverydaylife.Theworldwouldbeatotallydifferentplacewithoutartificialfibers（纤维纤维）,plastics（塑料塑料）,elastomers（弹性体弹性体）,etc.Eveninthefieldofelectronics,whatwouldyoudowithoutinsulation?

Andthereyoucomebacktopolymersagain.”LordTodd,presidentoftheRoyalSocietyofLondon,quotedinChem.Eng.News1980,58（40）,29,inanswertothequestion,Whatdoyouthinkhasbeenchemistrysbiggestcontributiontoscience,tosociety?

PolymersRelatedtoInformationTechnologyColordegradationandnarrowviewinganglewithoutnegativecompensationfilmsHighcontrastratioandwideviewinganglewithnegativecompensationfilmsColordegradationandnarrowviewinganglewithoutnegativecompensationfilmsHighcontrastratioandwideviewinganglewithnegativecompensationfilmsPolymerlightemittingdiodes:

RedYellowBlueLCDafterusingpolymeropticalcompensationfilms:

2.高分子的特点高分子的特点

（1）长链分子长链分子N1合成高分子合成高分子N102-104天然高分子天然高分子N109-1010DNA、RNA，Protein,AFMofSingleChains

（2）影响物理性质的几大因素影响物理性质的几大因素a.聚合度聚合度Nb.单体连接单体连接-缺少独立运动的自由度缺少独立运动的自由度-熵的损失熵的损失c.高分子链具有不同程度的柔顺性高分子链具有不同程度的柔顺性d.结构的多变性结构的多变性3.高分子物理的研究内容和重要性高分子物理的研究内容和重要性结构结构性能性能

（1）研究内容研究内容包括：

理论、实验表征等手段包括：

理论、实验表征等手段为高分子材料的分子、结构设计和性能为高分子材料的分子、结构设计和性能设计提供理论基础设计提供理论基础分子运动分子运动

（2）重要性重要性-a.著名公司的材料研发流著名公司的材料研发流程程高分子物理高分子物理-设计设计-理论分析理论分析高分子化学高分子化学-合成合成,改性改性结构性能表征结构性能表征高分子产品高分子产品市场调研市场调研

（2）重要性重要性-b.从印第安人穿的靴子谈从印第安人穿的靴子谈起起O2乳液乳液固体固体O21839年年Goodyear的硫化技术的硫化技术S硫化橡胶硫化橡胶不不了解结构特点，就要走很多的弯路，了解结构特点，就要走很多的弯路，更谈不上分子设计更谈不上分子设计4.高分子物理的发展简史高分子物理的发展简史高分子结构的发现高分子结构的发现Staudinger1920-19301.高分子物理的起点高分子物理的起点橡胶弹性的分子理论橡胶弹性的分子理论Kuhn,Mark1930-1935高分子链构象统计理论高分子链构象统计理论2.高分子的物化时代和高分子的物化时代和DNA的发现的发现1935-1965Flory溶液理论，溶液理论，Rouse-Zimm链动力学理论链动力学理论Watson-Crick的的d-HelixDNA,Natta聚烯烃聚烯烃聚集态结构表征方法聚集态结构表征方法4.高分子物理的发展简史高分子物理的发展简史3.现代物理向高分子物理的渗透现代物理向高分子物理的渗透1965-deGennes和和Edwards的蛇行的蛇行（reptation）理论理论,标度概念标度概念（scalingconcept）高分子物理已成为现代凝聚态物理的重要分支高分子物理已成为现代凝聚态物理的重要分支-软凝聚态物理软凝聚态物理（softcondensedmatter）、软、软物质物质（softmatter）或复杂流体或复杂流体（complexfluids）5.本课程讲授的内容本课程讲授的内容

（1）高分子的形状和大小高分子的形状和大小构型和构造构型和构造构象构象分子量和分子量分布分子量和分子量分布

（2）高分子溶液高分子溶液,高分子共混物高分子共混物,嵌段共聚嵌段共聚物物稀溶液稀溶液-亚浓溶液亚浓溶液-浓溶液的热力学浓溶液的热力学（3）高分子的聚集态结构高分子的聚集态结构非晶态、结晶态和液晶态非晶态、结晶态和液晶态一级一级（近程近程）结构结构二级二级（远程远程）结构结构三级结构三级结构结结构构5.本课程讲授的内容本课程讲授的内容（4）高分子的分子运动学高分子的分子运动学高分子的三态：

玻璃态、高弹态、粘流态高分子的三态：

玻璃态、高弹态、粘流态玻璃化转变玻璃化转变（5）高分子的力学性能高分子的力学性能小应变下的橡胶弹性理论、粘弹性小应变下的橡胶弹性理论、粘弹性大应变下的强度与破坏大应变下的强度与破坏（6）高分子的电学性质高分子的电学性质性性能能参考书参考书n高分子物理高分子物理（修订版，复旦大学出版社，修订版，复旦大学出版社，1990,何曼君何曼君陈陈维孝维孝董西霞编董西霞编）n高聚物的结构与性能高聚物的结构与性能（中科大，科学出版社中科大，科学出版社）n聚合物的结构和物理性质聚合物的结构和物理性质（李斌才李斌才,科学出版社科学出版社）n聚合物科学与材料聚合物科学与材料（科学出版社，科学出版社，Mark,Tobolskyet.al.）nThePhysicsofPolymers（2ndEdition）（Springer,1997,G.R.Strobl）nIntroductiontoPolymerPhysics（Oxford,1995,M.Doi）nPolymerPhysics（Cambridge,2003,Rubinstein）nPrinciplesofPolymerChemistry（Flory）n第二章第二章高分子的大小和形状高分子的大小和形状Primary（一级一级）:

Secondary（二级二级）:

Tertiary（三级三级）:

Quaternary（四级四级）:

第二章第二章高分子的大小和形状高分子的大小和形状2.1近程结构近程结构（local）2.1.1构造构造（ConstitutionsorArchitectures）-CH2-CH2-2.1.1.1结构单元的化学组成结构单元的化学组成2.1.1.2键接结构键接结构2.1.1.3支化与交联支化与交联局部的化局部的化学结构学结构2.1.1.4均聚与共聚均聚与共聚Homopolymers（均聚物均聚物）:

LinearpolymerBranchedpolymerCross-linkedpolymerCopolymers（共聚物共聚物）:

LinearrandomcopolymerLinearalternatingcopolymerLinearblockcopolymerGraftcopolymer:

twodifferentmonomersand星形和超支化高分子星形和超支化高分子Star（星状星状）polymershomo-armed（同臂同臂）hetro-armed（杂臂杂臂）Hyperbranched（超枝化超枝化）PolymersandDendrimers（树枝链树枝链）:

ThecompositionofdendrimerscanbevariedthroughoutthemoleculeinasystematicwayHowmanydifferentarchitecturesofmacromoleculescanyouimagine?

AFMofbranchedPolymers2.1.2构型构型（Configurations）Arrangementsfixedbythechemicalbondinginthemolecule,suchascis（顺式顺式）andtrans（反式反式）,isotactic（等规等规）andsyndiotactic（间规间规）isomers.Theconfigurationofapolymercannotbealteredunlesschemicalbondsarebrokenandreformed.顺式顺式cis反式反式trans2.1.2.1几何异构几何异构2.1.2.2旋光异构旋光异构手性手性分子分子问题问题:

一一根链中根链中同时出现不同的同时出现不同的C*?

等规等规isotactic间规间规syndiotactic无规无规atacticorblock2.1.2构型构型（Configurations）化学键固定的原子在空间的几何排列化学键固定的原子在空间的几何排列改变构型改变构型（顺反和旋光顺反和旋光）必须打断化学必须打断化学键键!

2.2远程结构远程结构（glouble）一根链整体的形状和大小一根链整体的形状和大小2.2.1高分子链的质量高分子链的质量长度平均长度平均-数均分子量数均分子量（numberaveraged）重量平均重量平均-重均分子量重均分子量（weightaveraged）分子量分布分子量分布2.2.2高分子的内旋转构象高分子的内旋转构象trans（反反式式）andgauche（旁式旁式）conformations:

PotentialenergiesassociatedwiththerotationofcentralC-C-bondforethane（dashedline）andbutane（solidline）.ThesketchesshowthetwomoleculesinviewsalongtheC-C-bond.RotationalIsomericStates（旋转异构态旋转异构态RIS）假设每个单元有假设每个单元有2个旋转异构态个旋转异构态一根链的异构态数目将达一根链的异构态数目将达2N-3无需打断化学键无需打断化学键Randomcoil（无规线团无规线团）ofpolymeri-1i+1iInmeltorsolution基本的链构象基本的链构象ZigzagconformationofPE（21