高分子物理学原理1

高分子物理pdf高分子物理：1.什么是高分子物理？高分子物理是一门学科，它的目的是研究高分子物质的性质、结构以及它们之间的相互作用，例如发生在分子链和高分子组成部分之间的交互作用和它们与周围环境之间的作用。

它是一门综合性研究，它研究高分子物质惯性运动性质、晶体结构和热运动以及分子链形态和柔性行为。

高分子物理学还研究如何改变高分子物质及其组成结构，以及这些结构可以以何种方式在机器、人类和环境中发挥作用。

2. 高分子物理的基础理论高分子物理的基础理论包括分子结构理论、热力学理论、量子理论等。

分子结构理论旨在研究高分子物质的构成，以及不同分子类型如何相互作用。

热力学理论致力于研究热天然动力如何释放和重新收集热能，以及不同物质如何相互影响、协同作用以及出现显著变化。

量子理论试图研究高分子的分子结构和属性，如分子的动力学作用不同的储能状态在不同条件下的表现，及其控制这些能量状态的机理。

3. 高分子物理的作用在科学、技术和工程的发展中，高分子物理至关重要。

它为各种工程应用，如产品开发、新材料的制造和维护提供理论指导。

此外，高分子物理也为其它领域增添了深厚的理论基础，例如医学和生物技术。

高分子物理有助于绘制和选择用于产品开发的特点，以及研究产品性能有效调整参数以及制造过程中会发生的差异和不确定性等。

4. 高分子物理的研究方法高分子物理的研究方法覆盖了从分子结构理论到实验学习的范畴。

实验研究方法可以为理论提供验证和宝贵的实验数据，而已有的理论研究则可以帮助整合实验结构的差异、提高理论的精确度、拓展理论的有效性并帮助准确描述实验结果。

许多研究者采用多重实验研究和理论研究的多学科视角，以深入探索和研究高分子物理。

最终，来自不同学科背景的研究者可以在一起为高分子物理的发展做出贡献。

构象：具有一定组成和构型的高分子链通过单键的内旋转而形成的分子中的原子在空间的排列柔性：高分子链中单键内旋的能力；高分子链改变构象的能力；高分子链中链段的运动能力；高分子链自由状态下的卷曲程度。

链段：两个可旋转单键之间的一段链，称为链段影响柔性因素：1支链长，柔性降低;交联度增加，柔顺性减低。

2一般分子链越长，构象数越多，链的柔顺性越好。

3分子间作用力越大，聚合物分子链所表现出的柔顺性越小。

分子链的规整性好，结晶，从而分子链表现不出柔性。

控制球晶大小的方法：1控制形成速度；2采用共聚方法，破坏链的均一性和规整性，生成较小的球晶；3外加成核剂，可获得小甚至微小的球晶。

聚合物的结晶形态：1单晶：稀溶液，慢降温，螺旋生长2球晶：浓溶液或熔体冷却3树枝状晶：溶液中析出，低温或浓度大，分子量大时析出；4纤维状晶：存在流动场，分子量伸展，并沿流动方向平行排列；5串晶：溶液低温，边结晶边搅拌；6柱晶：熔体在应力作用下冷却结晶；7伸直链晶：高压下融融结晶，或熔体结晶加压热处理。

结晶的必要条件：1内因：化学结构及几何结构的规整性；2外因：一定的温度、时间。

结晶速度的影响因素：1温度——最大结晶温度：低温有利于晶核形成和稳定，高温有利于晶体生长；2压力、溶剂、杂质：压力、应力加速结晶，小分子溶剂诱导结晶；3分子量：M小结晶速度块，M大结晶速度慢；熔融热焓?H m：与分子间作用力强弱有关。

作用力强，?H m 高熔融熵?S m：与分子间链柔顺性有关。

分子链越刚，?S m小聚合物的熔点和熔限和结晶形成的温度T c有一定的关系：结晶温度Tc低(< Tm )，分子链活动能力低，结晶所得晶体不完善，从而熔限宽，熔点低；结晶温度Tc高(~ Tm )，分子链活动力强，结晶所得晶体更加完善，从而熔限窄，熔点高。

取向：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。

聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列。

高分子物理学高分子物理学是研究高分子物质的物理性质及其相互作用的学科。

高分子物质广泛存在于自然界和工业中，如塑料、橡胶、纤维素等，因此高分子物理学的研究对于材料科学和工程领域具有重要意义。

一、高分子物理学简介高分子物理学是物理学的一个分支，主要研究高分子物质的物理性质及其内部结构、动力学行为和相互作用。

高分子物质通常由数个重复单元组成，分子量较大，其性质与低分子物质有很大差异。

高分子物理学的研究对象包括高分子材料的结构、力学性能、热力学性质、电学性质等。

二、高分子物理学的研究方法高分子物理学研究常用的方法包括理论计算、实验研究和数值模拟。

理论计算是通过建立高分子物理学模型，运用物理学原理和数学方法，对高分子物质的性质进行定量描述和预测。

实验研究是通过设计合适的实验方案，利用物理学实验仪器和设备对高分子物质的性质进行测量和分析。

数值模拟是运用计算机技术，通过数值计算和模拟实验，对高分子物质的性质进行模拟和预测。

三、高分子物理学的重要性高分子物理学的研究对于材料科学和工程领域有重要意义。

高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维素等领域，对于改善人类生活和推动社会经济发展起到了重要作用。

高分子物理学的研究可以为高分子材料的设计、合成和应用提供理论依据和技术支持。

研究高分子物质的内部结构和性质有助于优化材料的性能，并开发出新型的高分子材料。

同时，高分子物理学的研究还可以揭示高分子物质的物理本质和行为规律，为其他学科的发展提供新的思路和方法。

四、高分子物理学的应用领域高分子物理学的研究成果在工程和科学领域得到了广泛应用。

在材料工程领域，高分子物理学的研究成果使得高分子材料的性能得到提升，如增加抗拉强度、耐磨性、耐候性等，满足不同领域的需求。

在能源领域，高分子物理学的研究有助于开发新型的高分子电池材料、储能材料等，为能源存储和转换提供解决方案。

在生物医学领域，高分子物理学的研究为生物材料的设计和制备提供了理论指导，如生物可降解材料、药物载体等。

一．名词解释1. 链段：高分子链上能独立运动（或自由取向）最小单元。

2. 溶胀：高聚物溶解前吸收溶剂而体积增大的现象。

3. 蠕变：在恒温下施加一定的恒定外力时，材料的形变随时间而逐渐增大的力学现象。

4. 介电损耗：在交变电场的作用下，电介质由于极化而消耗的电能。

5. 构象：由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫构象。

6. 分子量分布宽度指数：描述聚合物分子量分布宽度的常用参数之一，是实验中各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值，可简明地描述聚合物试样分子量的多分散性。

有重均和数均之分。

其数值越大，表明其分子量分布越宽。

7. 时温等效原理：指升高温度和延长观察时间对于聚合物的分子运动是等效的，对于聚合物的粘弹行为也是等效的。

8. 高分子链：单体通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链，高分子中的重复结构单元的数目称为聚合度。

9. 构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列，或指分子中原子的键接方式。

这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。

构型不同的异构体有旋光、几何、键接三种。

10. 链段：由于分子内旋受阻而在高分子链中能够自由旋转的单元长度，称为链段。

作为一个独立运动的单元，是描述柔性的尺度。

11. 内聚能密度：把1mol 的液体或固体分子移到其分子引力范围之外所需要的能量为内聚能。

单位体积的内聚能称为内聚能密度，一般用CED 表示。

12. 溶解度参数：内聚能密度的平方根称为溶解度参数，一般用δ 表示。

13. 等规度：等规度是高聚物中含有全同立构和间同立构总的百分数。

14. 结晶度：结晶度即高聚物试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度)。

15. 介电性：包括介电系数、介电损耗、介电击穿等，介电性的本质是物质在外场（电场、力、温度等）作用下的极化。

16. 海岛结构：两种高聚物相容性差，共混后形成非均相体系，分散相分散在连续相中，像小岛分散在海洋中一样，称为海岛结构。

三种力学状态：玻璃态Tg以下分子链几乎无运动，链段处于冻结状态，受力变形很小类似玻璃。

高弹态Tg-Tf链段运动激发，但分子链间无滑移，聚合物表现为橡胶行为。

粘流态Tf以上，受外力作用时，大分子链与大分子链间发生相对位移，无法回复，行为与小分子液体类似两种转变：玻璃态转变为高弹态，转变温度称为玻璃化温度Tg，整个大分子链还无法运动，但链段开始发生运动。

高弹态转变为粘流态，转变温度称为粘流温度Tf，聚合物既呈现橡胶粘弹性又呈流动性玻璃化转变：指非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变，对晶态分子来说玻璃化转变是指非晶部分的转变。

测量方法，膨胀剂法，差热分析法，力学方法，NMR，介电松弛应变，应力：当材料受到外力作用而所处的条件却使其不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化称为应变，定义单位面积撒很难过的附加内力为应力模量：表征材料抵抗变形能力的大小（弹性模量）蠕变：是指在一定的温度和较小的恒定应力作用下，材料的应变随时间的增加而增大的现象应力松弛：在恒定的温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象松弛过程：由于高分子运动时，运动单元之间的作用力很大，因此高分子在外场下，会由一种平衡状态通过分子运动过渡到与外场相适应的新的平衡态，这一过程慢慢完成，完成这一过程需要时间-松弛时间滞后现象，内耗：聚合物在交变应力作用下落后于应力的现象。

由于发生滞后现象，在每一循环变化中，作为热损耗掉的能量与最大储存能量之比Ψ=2πtanσ称为力学内耗分子理论：从高分子的结构特点出发，研究聚合物的力学松弛过程，其核心问题是提出合理的分子模型，应用分子的微观物理量（原子半径，键长，键角，内旋转位垒，均方末端距，分子量，内外摩擦因子等）通过统计力学方法，推导出聚合物的松弛时间分布，溶液和本体的复数黏度，复数模量，复数柔量等宏观黏性弹性的表达式。

主要有RBZ理论和蛇形理论滞后现象：高聚物在应变力作用下，往往发生应变落后于应力的现象。

⾼分⼦物理知识点第1章⾼分⼦的链结构1.写出聚氯丁⼆烯的各种可能构型。

2．构象与构型有何区别？聚丙烯分⼦链中碳—碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同⽴构聚丙烯变为间同⽴构聚丙烯？为什么？答：（1）区别：构象是由于单键的内旋转⽽产⽣的分⼦中原⼦在空间位置上的变化，⽽构型则是分⼦中由化学键所固定的原⼦在空间的排列；构象的改变不需打破化学键，⽽构型的改变必须断裂化学键。

（2）不能，碳-碳单键的旋转只能改变构象，却没有断裂化学键，所以不能改变构型，⽽全同⽴构聚丙烯与间同⽴构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规⽴构聚丙⼄烯分⼦链在晶体中呈31螺旋构象，⽽间规⽴构聚氯⼄烯分⼦链在晶体中呈平⾯锯齿构象？答（1）由于等归⽴构聚苯⼄烯的两个苯环距离⽐其范德华半径总和⼩，产⽣排斥作⽤，使平⾯锯齿形（…ttt…）构象极不稳定，必须通过C-C键的旋转，形成31螺旋构象，才能满⾜晶体分⼦链构象能最低原则。

（2）由于间规聚氯⼄烯的氯取代基分得较开，相互间距离⽐范德华半径⼤，所以平⾯锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征⾼分⼦链的柔顺性？如何表征？答：（1）空间位阻参数（或称刚性因⼦），值愈⼤，柔顺性愈差；（2）特征⽐Cn，Cn值越⼩，链的柔顺性越好；（3）连段长度b，b值愈⼩，链愈柔顺。

5．聚⼄烯分⼦链上没有侧基，内旋转位能不⼤，柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料⽽不是橡胶？答：这是由于聚⼄烯分⼦对称性好，容易结晶，从⽽失去弹性，因⽽在室温下为塑料⽽不是橡胶。

6.从结构出发，简述下列各组聚合物的性能差异：（1）聚丙烯睛与碳纤维；（2）⽆规⽴构聚丙烯与等规⽴构聚丙烯；（3）顺式聚1，4-异戊⼆烯（天然橡胶）与反式聚1，4-异戊⼆烯（杜仲橡胶）。

（4）⾼密度聚⼄烯、低密度聚⼄烯与交联聚⼄烯。

7.⽐较下列四组⾼分⼦链的柔顺性并简要加以解释。

第2章聚合物的凝聚态结构1.名词解释凝聚态，内聚能密度，晶系，结晶度，取向，⾼分⼦合⾦的相容性。

第一章1 高分子链近程结构和远程结构的主要内容，并能举例说明各自对性能的影响?一次（近程）结构：是构成高分子链的最基本微观结构，包括化学组成、构造、构型和共聚物的序列结构。

近程结构：直接影响Tm、ρ、溶解性、粘度、粘附性二次（远程）结构：大分子链的大小（分子量、均方旋转半径和均方末端距）和形态（高分子链的构象、柔性与刚性）远程结构:（小分子没有，大分子独有）：赋予高分子链柔性，致使聚合物有高弹性。

2 构象、构型、柔顺性、链段、自由连接链、等效自由连接链等基本概念?构型（configuration）是指分子中由化学键所固定的原子、原子团在空间的排列。

构象（conformation）可定义为由于单键的内旋转而产生的大分子在空间的不同形状。

构象与构型区别:构型的改变一定要通过化学键的破坏和重组（近程结构）.构象的改变不设计化学键的破坏,在外力作用下很容易改变,不管在外力作用下高分子链呈现什么固定的形态或形状都属于构象的范畴.（远程结构）所谓柔顺性，高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。

高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。

高分子的柔顺性是高分子材料的性能不同于小分子物质的主要原因。

把由若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元，称为“链段”。

自由连接链（freely jointed chain)：即键长l固定，键角q不固定，内旋转自由的理想化模型（即不考虑键角限制和内旋转位垒障碍）。

将一个原来含有n个键长为l、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链，视为一个含有Z个长度为b的链段组成的等效自由连接链。

3 何谓高斯链？高斯链与自由结合链的差别？高斯链的本质特征是什么？在什么条件下高分子链呈现为高斯链？即具有高斯链的形态。

1）将一个原来含有n个键长为l、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链，视为一个含有Z个长度为b的链段组成的等效自由连接链，其分布符合高斯分布函数，故称作这种高分子链称为“高斯链”。