非晶态1
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非晶态金属的特点
非晶态金属的特点全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：非晶态金属是一类特殊的金属材料，具有许多独特的特性。
非晶态金属具有无序的结构，与晶态金属相比，非晶态金属具有更高的硬度、强度和耐腐蚀性。
在工程领域中，非晶态金属已经被广泛应用于各种领域，如电子、汽车、医疗等，取得了显著的成就。
非晶态金属的最大特点之一是其无晶格结构。
晶体具有有序的排列结构，而非晶态金属中原子的排列是无序的。
这种无序结构使得非晶态金属具有高度均匀性和致密性，因此具有更高的硬度和强度。
相比之下，晶体结构中原子的有序排列会导致晶界的存在，降低了金属的强度和硬度。
除了高硬度和强度外，非晶态金属还具有优异的耐腐蚀性。
由于其无晶格结构，非晶态金属在原子尺度上没有缺陷和孔隙，减少了氧化和腐蚀的可能性。
这使得非晶态金属在恶劣环境下具有更长的使用寿命和更好的稳定性。
另一个非晶态金属的特点是其优异的磁性能。
由于非晶态金属的无晶格结构，使得其具有优异的磁性特性，包括高饱和磁感应强度、低磁滞损耗和低磁导率。
这使得非晶态金属在磁记录和磁传感器等领域中具有广泛的应用前景。
非晶态金属还具有良好的形变性能和高温抗氧化性。
经过适当的处理，非晶态金属可以具备良好的可塑性，可以进行冷热加工，制备出各种复杂形状的零件。
非晶态金属在高温条件下能够抵抗氧化和腐蚀，具有优异的高温稳定性和耐久性。
非晶态金属具有无晶格结构、高硬度和强度、优异的耐腐蚀性、良好的磁性能、良好的形变性能和高温抗氧化性等特点，使得其在工程领域中具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，相信非晶态金属将在未来取得更大的突破和进展，为人类社会的发展和进步作出更大的贡献。
第二篇示例：非晶态金属，又称非晶合金，是一种具有非晶结构的金属材料。
相对于晶态金属，在非晶态金属中，原子排列是无规则的，而且没有长程周期性的结构。
非晶态金属具有很多独特的特点，使其在材料科学领域得到了广泛的应用和研究。
非晶态金属具有优异的力学性能。
第2章 聚集态结构——第06讲 非晶态与取向态(1)
基本原理:
声速沿分子链的传播速度>>链间的传播速度
f 1 (Cunoriented )2 C
声波在完全未取向聚合物中的传播速度 待测聚合物取向方向上的传播速度
cos2 1 2 (Cunoriented )2
3C
这种方法得到的是晶区和非晶区的平均取向度, 由于声波在高 聚物中的波长较大, 该方法反映的只是分子链取向的情况.
(4) 红外二向色性
本讲小结
掌握不同非晶态结构模型的实验事实 取向现象 取向方式 取向机理 取向度及测量方法 能够解释取向在实际中的应用
isotropic
After orientation
Different degree of orders
anisotropic
聚合物取向方法
双轴拉伸或吹塑的薄膜 纤维 熔融挤出的管材和棒材
2.3.1 聚合物的取向方式
单轴取向(Uniaxial Orientation)
纤维纺丝
薄膜的单 向拉伸
双轴取向 (Biaxial Orientation)
SANS测量的分子尺寸一般大于10nm, 而对小 于10nm的区域不敏感
密度比完全无序模型计算的要高 某些聚合物结晶速度极快 TEM直接观察的结果
Random coils
local orders
Local orders, if exist, are limited to short-range no more than a few of tens of Angstroms.
一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜双 轴拉伸，使分子链取向平行薄膜平面的任 意方向。在薄膜平面的各方向的性能相近， 但薄膜平面与平面之间易剥离。
2.3.2 聚合物的取向机理
[经济学]第二章 晶态和非晶态材料1
![[经济学]第二章 晶态和非晶态材料1](https://img.taocdn.com/s1/m/0465fff1b14e852458fb57d8.png)
碱土金属、铜、银、铊、及稀土元素等可以插入到 WO3结构中，形成MδWO3
2.3 液晶材料
液晶
介于晶体和液体之间的物质状态
晶体
各向异性液体液晶
液体-各向同性
像晶体，具有长程有序，某些性能呈现各向异性 像液体，具有流动性，不能承受应切力
思考
液晶是不是晶体？
液晶与塑晶
物质状态
物质一般存在三态，固态、液态和气态 但有些物质比较复杂，介于固液两者之间
2. 扭曲向列（TN）液晶显示器 用于数字显示及低电路驱动的简单字符——信息容量小
3. 超扭曲向列（STN）液晶显示器 掌上微机——扫描线大，视角较好，对比度好
4. 薄膜晶体管（TFT）液晶显示器 笔记本电脑、投影屏幕——相应时间、对比度、亮度、 可视角度大幅提高好
1995年以前，TFT-LCD仅用于高档摄像机、掌上游戏机等 ，价格昂贵，分辨率仅为320×200 1995年，尺寸达到300mm×400mm，分辨率800×600
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2.3 非整比化合物晶体
定义
组成中各类原子的相对数目不能用几个小 的整数比表示的化合物
分类
1.某种原子过多或短缺
Zn1+δO—n型半导体:1000K时将ZnO在Zn蒸汽中加热 TiO1+δ—导电氧化物:不同氧蒸气压中加热TiO， TiO0.82-TiO1.18
用途
半导体、颜料、磁性材料、氧化还原催化剂、 蓄电池电极材料等
原因
晶体由晶胞周期排列而成，微观上 性能不均匀，但宏观上不能表现此 不连续性
各向异性
表现
某些性质随观察方向的不同而不同： 如力学性能，光学性能、热传导等 不同方向上，原子的排列、取向各 有不同
非枝晶结构
非枝晶结构
非晶态结构是指物质没有明确的周期性排列结构，不具备长程有序的结晶结构。
与晶体不同，非晶态结构具有无序、局部有序、短程有序等特征。
非晶态结构可以在材料的固态、液态或气态存在。
非晶态结构的原子或分子之间的排列无法用周期性的晶格描述，因此其物理性质通常具有连续性和均匀性，如光学性质、磁性质等。
非晶态结构的原子或分子之间通常存在着局部有序的排列，这种局部有序的结构可以通过高分辨电镜、X射线衍射等实验观察到。
非晶态结构的一种常见的例子是玻璃。
玻璃是一种非晶态结构的无机非金属材料，其原子或分子之间没有明确的周期性排列，而是呈现出无序排列的结构。
由于没有晶体的定向性，玻璃具有透明、无色、均匀等特点。
非晶态结构的材料还包括一些金属和半导体材料，如非晶态硅和非晶态铝。
这些材料的原子或分子之间也没有明确的长程有序结构，而是呈现出无规则分布的排列。
非晶态结构具有一些特殊的物理性质，例如非晶态合金具有较高的硬度和强度，非晶态半导体具有较高的导电性能等。
因此，非晶态结构在材料科学和工程中具有重要的应用价值。
非晶态合金的一种制备方法
非晶态合金的一种制备方法非晶态合金是指具有非晶态结构的金属合金。
与晶体结构的金属合金相比，非晶态合金具有具有更高的硬度、强度和韧性，以及优异的阻尼特性和导电性。
非晶态合金制备方法主要有快速凝固法、化学合成法、机械合金化法以及溶液淬火法等。
以下将详细介绍这些制备方法。
1. 快速凝固法:快速凝固法是制备非晶态合金最常用的方法之一。
该方法在金属熔体状态下，通过快速冷却将熔体迅速凝固成非晶态结构的固体。
常用的快速凝固方法包括水淬法、微滴法以及薄带法等。
其中，水淬法是最常用的方法之一，其原理是将熔融金属注入到冷却剂中，迅速冷却凝固成非晶态合金。
这种方法可以制备出具有高度非晶态结构的合金，但是需要对冷却速度进行精确控制。
2. 化学合成法:化学合成法是通过化学反应来制备非晶态合金。
这种方法通常使用金属有机前体与其他化合物反应生成非晶态合金。
例如，通过气相沉积法，可以将金属有机前体在高温条件下分解成金属原子，然后与其他气体反应生成非晶态合金。
这种方法可以控制合金的化学组成和结构，可以制备出多种不同的非晶态合金。
3. 机械合金化法:机械合金化法是通过机械力的作用来制备非晶态合金。
这种方法通常使用高能球磨、挤压、冲击等机械力对金属粉末进行处理。
机械合金化的原理是通过机械力使金属粉末发生变形、断裂和重新结合，形成非晶态和纳米晶态结构的合金。
机械合金化法制备非晶态合金具有简单、可扩展性好的特点。
4. 溶液淬火法:溶液淬火法是将金属合金在高温状态下快速冷却至低温，制备非晶态合金。
在溶液淬火法中，液体金属合金先加热至高温状态，然后迅速浸入低温淬冷液体中，使其迅速冷却凝固为非晶态合金。
该方法需要对淬冷温度和淬冷液体进行精确控制，可以制备出高度非晶态结构的合金。
总的来说，制备非晶态合金的方法有快速凝固法、化学合成法、机械合金化法以及溶液淬火法等。
这些方法各有优缺点，选择合适的制备方法要根据具体的要求和实际情况来确定。
非晶态合金的制备方法的研究和应用将为制备高性能材料和开发新颖器件提供重要的技术支持。
非晶半导体
晶半导体是一种特殊类型的半导体材料，其晶体结构不规则，呈非晶态（无序状态）。 与晶体半导体相比，非晶半导体具有一些独特的性质和应用。
非晶半导体的主要特点如下：
1. 非晶结构：非晶半导体的原子排列没有明确的周期性，而是呈现出无序的结构。这使得 非晶半导体具有较高的密度和较宽的能带。
2. 宽能带隙：非晶半导体通常具有较大的能带隙，使其在室温下能够具有较高的电阻率。 这使得非晶半导体在一些特定应用中可以作为绝缘体或电阻器使用。
非晶半导体
3. 可调性：非晶半导体的电学和光学性质可以通过调整材料的成分和制备工艺进行调控。 这使得非晶半导体可以用于各种不同的应用领域。
4. 光学特性：非晶半导体具有较高的光学吸收系数和较低的折射率，使其在光电器件中具 有广泛的应用，如太阳能电池、光电传感器等。
5. 稳定性：非晶半导体具有较高的化学和热稳定性，能够在较高温度和恶劣环境下工作。
非晶半导体在太阳能电池、显示器件、传感器、薄膜晶体管等领域有广泛的应用。其特殊 的结构和性质使其在柔性电子、光电子和新型电子器件中具有重要的地位和潜力。
非晶半导体的主要特点如下：
1. 非晶结构：非晶半导体的原子排列没有明确的周期性，而是呈现出无序的结构。这使得 非晶半导体具有较高的密度和较宽的能带。
2. 宽能带隙：非晶半导体通常具有较大的能带隙，使其在室温下能够具有较高的电阻率。 这使得非晶半导体在一些特定应用中可以作为绝缘体或电阻器使用。
非晶半导体
3. 可调性：非晶半导体的电学和光学性质可以通过调整材料的成分和制备工艺进行调控。 这使得非晶半导体可以用于各种不同的应用领域。
4. 光学特性：非晶半导体具有较高的光学吸收系数和较低的折射率，使其在光电器件中具 有广泛的应用，如太阳能电池、光电传感器等。
5. 稳定性：非晶半导体具有较高的化学和热稳定性，能够在较高温度和恶劣环境下工作。
非晶半导体在太阳能电池、显示器件、传感器、薄膜晶体管等领域有广泛的应用。其特殊 的结构和性质使其在柔性电子、光电子和新型电子器件中具有重要的地位和潜力。
非晶体特点问题回答
非晶体特点
非晶体是一种特殊的物质状态，与晶体不同，它们没有长程有序的结构，而是具有短程有序的结构。
非晶体的主要特点包括以下几个方面。
1. 无规则结构
非晶体的结构是无规则的，没有明显的周期性结构。
这是与晶体最大
的区别。
晶体的结构是由周期性的原子或分子排列组成的，而非晶体
的结构则是由无规则的原子或分子排列组成的。
2. 高度随机性
非晶体的结构具有高度的随机性。
这是由于非晶体中的原子或分子排
列是无序的，没有明显的规律可循。
这种随机性使得非晶体的物理性
质具有很大的变化范围，因此非晶体的性质往往比晶体更加复杂。
3. 非晶态转变
非晶体可以通过加热、冷却、压缩等方式转变为其他形态。
这种转变
可以改变非晶体的物理性质，例如硬度、弹性、导电性等。
非晶态转
变是非晶体研究中的一个重要课题，对于理解非晶体的性质和应用具
有重要意义。
4. 高度敏感性
非晶体对外界环境的变化非常敏感。
例如，非晶体的物理性质可以受
到温度、压力、光照等因素的影响。
这种敏感性使得非晶体在传感器、光学器件等领域具有广泛的应用前景。
5. 多样性
非晶体具有多样性，可以是金属、半导体、聚合物等物质的非晶态。
这种多样性使得非晶体在材料科学、电子学、光学等领域具有广泛的
应用前景。
总之，非晶体是一种独特的物质状态，具有无规则结构、高度随机性、非晶态转变、高度敏感性和多样性等特点。
这些特点使得非晶体在材
料科学、电子学、光学等领域具有广泛的应用前景。
非晶的形成工艺
非晶体是一种无序结构的固态材料，其形成工艺通常包括以下方法：
1.快速冷却：通过快速冷却液态物质可以促使非晶态的形成。
在快速冷却过程中，原子或
分子没有足够时间排列成有序结构，从而形成非晶态。
2.沉淀法：某些物质在溶液中沉淀时，由于沉淀速度很快，原子无法充分排列成有序结构，
因此形成非晶态。
3.离子注入：通过在材料表面或内部注入外部离子，可以破坏材料原有的晶体结构，导致
非晶态的形成。
4.薄膜沉积：在薄膜沉积过程中，原子或分子在表面快速凝聚，形成非晶态薄膜。
5.高压处理：在高压条件下，原子之间的距离变小，有序结构难以形成，从而促使非晶态
的形成。
这些是常见的非晶体形成工艺方法，具体应用于不同材料和工艺的条件可能有所不同。
非晶态材料由于其特殊的结构和性质，在电子、光学、磁性等领域具有重要应用价值。
第2讲 晶态与非晶态
如萤石的解理块为八面体，仅靠八面体 不能堆砌出完整的晶体。
萤石的八面体解理块
⑵许多晶体，如石英，不能破碎成几何 多面体。 ⑶最小的平行六面体并不是“分子”。
惠更斯：认为晶体中质点的有序排列导 致晶体具有一定的多面体外形。
布拉维（A.Bravais） 推导出32种对称型和14种空间格子，提 出晶体结构的空间格子理论。 劳埃(Max Von Laue)，德国科学家。
⑹定熔性 指晶体具有固定熔点的性质。
熔 点 熔 点
t 非晶质体的加热曲线 非晶质体的加热曲线 晶体的加热曲线 晶体的加热曲线
t t
原子堆积与晶体中的缺陷 实际的晶体可以看作一些一定尺寸的硬球的堆积： 尺寸大的原子或离子尽量靠近，为了使自由能最小，它们作最紧 密堆积(ccp或hcp)；在形成密堆积时，还有四面体空位和八面体 空位，小尺寸原子或离子就进入这些空位 金属结构大部分由等原子半径的金属元素面心密积或六方密堆积 化合物中通常由离子半径大的离子作密堆积，半径小的离子占空位
传导电子、空穴、极化子、陷阱 杂质、空位、位错
√
晶体的许多性质因缺陷改变，控制缺陷可以控制晶体的性能
点缺陷(零维缺陷)：填隙原子、空位、杂质和空位对等
Frenkel
Schottky
纯度：99％， 99.9％， 99.99％， 99.999％， 99.9999％ 铁 ＋ 碳 ZnS ＋ 10－4 钢 ％ (原子)AgCl 45号钢（0.45％ C）
NaC1晶体的抗拉强度的异向性 （单位：g/mm2）
⑶均一性 同一晶体任何部位的物理性质和化学组 成均相同。 如何理解晶体异向性和均一性的统一？
⑷对称性 所有的晶体都是对称的。晶体的对称 不但表现在外形上，其内部构造和物 理性质也是对称的。 ⑸稳定性 在相同的热力学条件下，晶体与同种成 分的非晶质体、液体、气体相比，以晶 体最为稳定。
萤石的八面体解理块
⑵许多晶体，如石英，不能破碎成几何 多面体。 ⑶最小的平行六面体并不是“分子”。
惠更斯：认为晶体中质点的有序排列导 致晶体具有一定的多面体外形。
布拉维（A.Bravais） 推导出32种对称型和14种空间格子，提 出晶体结构的空间格子理论。 劳埃(Max Von Laue)，德国科学家。
⑹定熔性 指晶体具有固定熔点的性质。
熔 点 熔 点
t 非晶质体的加热曲线 非晶质体的加热曲线 晶体的加热曲线 晶体的加热曲线
t t
原子堆积与晶体中的缺陷 实际的晶体可以看作一些一定尺寸的硬球的堆积： 尺寸大的原子或离子尽量靠近，为了使自由能最小，它们作最紧 密堆积(ccp或hcp)；在形成密堆积时，还有四面体空位和八面体 空位，小尺寸原子或离子就进入这些空位 金属结构大部分由等原子半径的金属元素面心密积或六方密堆积 化合物中通常由离子半径大的离子作密堆积，半径小的离子占空位
传导电子、空穴、极化子、陷阱 杂质、空位、位错
√
晶体的许多性质因缺陷改变，控制缺陷可以控制晶体的性能
点缺陷(零维缺陷)：填隙原子、空位、杂质和空位对等
Frenkel
Schottky
纯度：99％， 99.9％， 99.99％， 99.999％， 99.9999％ 铁 ＋ 碳 ZnS ＋ 10－4 钢 ％ (原子)AgCl 45号钢（0.45％ C）
NaC1晶体的抗拉强度的异向性 （单位：g/mm2）
⑶均一性 同一晶体任何部位的物理性质和化学组 成均相同。 如何理解晶体异向性和均一性的统一？
⑷对称性 所有的晶体都是对称的。晶体的对称 不但表现在外形上，其内部构造和物 理性质也是对称的。 ⑸稳定性 在相同的热力学条件下，晶体与同种成 分的非晶质体、液体、气体相比，以晶 体最为稳定。
第五章 聚合物的非晶态
多；二是一个高分子链可同时组成几个球粒，在球
粒和球粒之间的区域完全无规，其尺寸约l-5nm。
在这一模型中，一根高分子链可通过几个球粒和球粒间区
用这个模型可以解释一些实验事实：
1、模型的粒子中链段有序的堆砌，为结 晶的迅速发展准备了条件，这就不难解 释许多聚合物结晶很快的事实； 2、非晶态聚合物的密度要比分子链按无 规线团计算的密度高；
3、某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密 度增加，电镜下还观察到球粒增大，这可以用 粒子相有序程度的增加和粒子相的扩大来解释； 4、模型包含了一个无序的粒间相，从而能为 橡胶弹性变形的回缩力提供必要的构象熵，因 而可以解释橡胶弹性的回缩力。
5.2 非晶态聚合物的力学状态和热转变
一、非晶态聚合物的力学状态 液体冷却固化时的两种转变过程
⊕相变过程：分子作规则排列，形成晶体；
⊕玻璃化过程：液体冷却时，分子来不及作规则排列， 体系粘度已变得很大（如1012Pa·s），冻结成无定 型状态（玻璃态或过冷液体）的固体。非晶态聚合 物在玻璃化温度以下时处于玻璃态。
——玻璃化温度Tg：
温度-形变曲线
=热-机械曲线
非晶态线型高 分子材料的温 度-形变曲线
（自由体积的膨胀系数）
1 r Vg dV dT r
f r g
Definition of Free volume fraction f
f=Vf /V
自由体积分数
fg – Tg 以下温度的自由体积分数
f f g f (T Tg )
T > Tg T Tg
Flory用统计热力学理论推导并实验测定了高分子 链的均方末端距和回转半径及其与温度的关系。 结果表明： 非晶态聚合物无论在溶液中还是在本体内，其高 分子链都呈无规线团的形态，线团之间无规地相 互缠结，有过剩的自由体积。这一模型可以解释 橡胶的弹性等许多其他行为，但难于解释有些聚 合物(如聚乙烯)几乎能瞬时结晶的实验事实。很 难设想，原来杂乱排列无规缠结的高分子链能在 很短的时间内达到规则排列。
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强度，这一数值称为临界聚合度。对极性强的高聚物来说，其临
界聚合度约为40；非极性高聚物的临界聚合度约为80；弱极性的介 于二者之间。
机械强度
极性聚合物 非极性聚合物
100 200 300 400 500 聚合度
高聚物的分子量愈大， 则机械强度愈大。然而， 高聚物分子量增加后， 分子间作用力也增强， 使高聚物的高温流动粘 度增加，给加工成型带 来困难。高聚物的分子 量应兼顾使用和加工两 方面的要求。
CH2 CH CH3
CH2CH Ph
柔顺性：聚乙烯
> 聚丙烯
>
聚苯乙烯
第四章 聚合物的结构与性能
对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱， 柔顺性大。侧基对称性越高，分子链柔顺性越好。如：
CH2 CH CH3
CH3 CH2C
CH3
柔顺性： 聚丙烯 < 聚异丁烯
（3）氢键
如果高分子链的分子内或分子间可以形成氢键，氢键 的影响比极性更显著，可大大增加分子链的刚性。
柔顺性： 聚乙烯
<
C* H2 CH CH C* H2 聚丁二烯
第四章 聚合物的结构与性能
当主链中由共轭双键组成时，由于共轭双键因p电子云 重叠不能内旋转，因而柔顺性差，是刚性链。如聚乙炔、 聚苯：
CH=CH-CH=CH-CH=CH
聚乙炔
聚苯
因此，在主链中引入不能内旋转的芳环、芳杂环等环状 结构，可提高分子链的刚性。
旋光异构和几何异构。
1. 旋光异构：饱和碳氢化合物分子中的碳，以4个共价键与4 个不同的基团相连，该碳原子称为不对称碳原子（以C*表 示），这种有机物构成互为镜影的表现出不同旋光性的两种 异构体，称为旋光异构体。 对于结构单元为—CH2—C*HR— 型的高分子，由于C*两端 的链节不完全相同，这样一个链节有两种旋光异构体，他们 在高分子链中有三种键接方式，如图：
链接结构
☆链接结构是指结构单元在高分子链中的联结方式， 是影响性能的重要因素之一；
头-头（尾-尾）接
头-尾接
这种由结构单元间的联结方式不同所产生的异构体称为 顺序异构体。 实验证明，在自由基或离子型聚合的产物中，大多数是 头——尾键接的。
支化与交联
线形高聚物可以在适当溶剂中溶解，加热可以熔 融，易于加工成型；
柔顺性的影响因素
• 由于分子内旋转是导致分子链柔顺性的根本原 因，而高分子链的内旋转又主要受其分子结构 的制约，因而分子链的柔顺性与其分子结构密 切相关。分子结构对柔顺性的影响主要表现在 以下几方面：
第四章 聚合物的结构与性能
（1）主链结构
当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。
因为O、N原子周围的原子比C原子少 ，内旋转的位阻小； 而Si-O-Si的键角也大于C-C-C键，因而其内旋转位阻更小，即 使在低温下也具有良好的柔顺性。
图 高分子链的支化与交联
星型支化
梳型支化
无规支化
交联网
交联与支化的质的区别
支化的高分子能够溶解，而交联的高分子是不溶不熔的，只 有当交联度不是太大时能在溶剂中溶胀。热固性塑料（酚醛、 环氧、不饱和聚酯等）和硫化的橡胶都是交联的高分子。
支化与交联影响性能实例
高压聚乙烯与低压聚乙烯性能比较表
高压聚乙烯 0.91—0.94 低压聚乙烯 0.95—0.97
第四章 聚合物的结构与性能
（2） 侧基：
侧基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强， 单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。如：
CH2CH2 柔顺性：聚乙烯
CH2CH2CH2CHCH2 Cl
>
氯化聚乙烯
>
CH2CH Cl
聚氯乙烯
非极性侧基的体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差；
如：
CH2CH H
支化对物理机械性能的影响有时相当显著： 支化程度越高，支链结构越复杂，影响高分子材 料的使用性能越大；支化点密度或两相临支化点 之间的链的平均分子量来表示支化的程度，称为 支化度。
高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网型 大分子时即成为交联结构。所谓交联度，通常用 相邻两个交联点之间的链的平均分子量 来表示。 交联度越大，M_c 越小。
如：
O COC
聚酯
OH C NC
聚酰胺
HO NCO
聚氨酯
CH3 CH3 Si O Si CH3 CH3 聚二甲基硅氧烷
第四章 聚合物的结构与性能
当主链中含非共轭双键时，虽然双键本身不会内旋转，但 却使相邻单键的非键合原子（带*原子）间距增大使内旋转较 容易，柔顺性好。
如：
C* H2 CH2 C* H2
共聚物的结构
由两种以上单体单元所组成的聚合物称为共聚物。
以由A和B两种单体单元所生成的二元共聚物为例，按其连接方式可 分为以下几种类型： 交替共聚物 无轨共聚物 嵌段共聚物 接枝共聚物
共聚物平均组成的测定——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 以通过折光指数及浊度滴定法来测定。
分子量和分子量分布是影响内旋转是导致高分子链呈卷曲构象的原
因，内旋转愈是自由，蜷曲的趋势就愈大。称这种不规则地蜷曲的 高分子链的构象为无规线团。 1. 高分子在运动时C—C单键可以绕轴旋转，称为内旋转。 2. 由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。 内旋转完全自由的碳—碳单键是不存在的，当碳键带有的原子或基 团充分接近时，外层电子云将产生排斥力，使之不能接近，使旋转 时消耗一定能量。 △E是顺式构象与反式构象间的位能差，称为位垒。顺式构象位能 最高，反式构象位能最低（最稳定），因为基团距离愈大，排斥作 用愈小，故反式位能最低，顺式最不稳定。
第四章 聚合物的结构与性能
高分子构象
高分子链中的单键可内旋转，每个键的空间 位置受其键角的限制，但是离第一个键越远， 其空间位置的任意性越大，两者空间位置的相 互关系越小，可以想象从第i+1个键起，其空间 位置的取向与第一个键完全无关，因此高分子 链可看作是由多个包含i个键的段落自由连接组 成，这种段落成为链段。(左图作成围轴转动）
1. 分子主链全部由碳原子以共价键相联结的碳链高分子不 易水解；
2. 分子主链由两种或两种以上的原子以共价键联结的杂链 高分子带有极性，易水解、醇解或酸解；
元素高分子具有无机物的热稳定性及有机物的 弹性和塑性；
分子主链不是一条单链而是像“梯子”和“双 股螺线”那样的高分子链；
为防止链断裂从端基开始，有些高分子需要封 头，以提高耐热性。
材料 科 学 基 础 第四章 聚合物的结构与性能
高聚物的特点（与小分子物质相比）
高分子是由很大数目（103——105 数量级）的结构单 元组成的，每一个结构单元相当于一个小分子
一般高分子的主链都有一定的内旋转自由能，可 以使主链弯曲而具有柔性
高分子结构具有不均一性 各结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理
聚
链结构
近程结构 立体构型，以及支化、交联等
合
二级结构 高分子链的形态（构象）以及
物 的
远程结构 高分子的大小（分子量）
结 构
聚集态结构
三级结构
晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。
图 高分子的二级和三级结构示意图
第二节 高分子链的近程结构
一般合成高分子是由单体通过聚合反应连接而 成的链状分子，称为高分子链；
105℃ 135℃
60—70% 薄膜（软性）
95%
瓶、管、棒 等（硬性）
高压聚乙烯（低密度聚乙烯），由于支化破坏了分子的规 整性，使其结晶度大大降低；低压聚乙烯（高密度聚乙烯） 是线型分子，易于结晶，故在密度、熔点、结晶度和硬度方 面都高于前者。见上表
橡胶的硫化与交联度影响
橡胶的硫化是使聚异戊二烯的分子之间产生硫桥
聚合度是指高分子中所含的重复单元的数目，其值与分子量成正比。
可以作为衡量高分子大小的参数。
W(M)
左图是分子量的微分分布曲 线：横坐标是分子量，纵坐 标是分子量为M的组分的相 对含量。由图能知道高分子 的平均大小和分子量的分散 程度，即分子量分布的宽度。
M
聚合物的分子量或聚合度到达某一数值后，才能显示出适用的机械
基本概念
高分子的聚集态结构是指高分子链之间的排列 和堆砌结构，也称为超分子结构。
高分子的链结构是决定高聚物基本性质的主要 因素；而聚集态结构是决定高聚物本体性质的 主要因素。
由于存在高分子之间的相互作用力，才使相同 的或不同的高分子能聚集在一起成为有用的材 料。
①旋光异构体
全同立构：高分子主链上 各结构单元中的不对称碳 原子具有相同的构型。
间同立构：高分子主链上， 相邻结构单元中的不对称 碳原子交替出现R和S构型。
无规立构：高分子链上的 不对称碳原子的构型是无 规排列的。
第三节 高分子链的远程结构
高分子化合物的分子量有一定分布，不是均一的，聚合 物分子量的这种特性称为“多分散性”。
i+1 i
第四章 聚合物的结构与性能
高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。 高分子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如 取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。
高分子链的构象
第四章 聚合物的结构与性能
构象是由分子内热运动引起的物理现象，是不断改变的， 具有统计性质。因此讲高分子链取某种构象是指的是它取 这种构象的几率最大。
共聚物结构中的序列问题
为描述共聚物的序列结构，常用的参数有各单体单 元的平均序列长度和嵌段数R。例如下面共聚物分 子：
A B AA BBB A BB AA BBBB AAA B 其中A单体9个，A序列为5段，B单体11个，B序列 为5段（短划表示序列）。 嵌段R的含义是指在100个单体单元中出现的各种嵌 段的总和。R与平均——序列长度——的关系是：
界聚合度约为40；非极性高聚物的临界聚合度约为80；弱极性的介 于二者之间。
机械强度
极性聚合物 非极性聚合物
100 200 300 400 500 聚合度
高聚物的分子量愈大， 则机械强度愈大。然而， 高聚物分子量增加后， 分子间作用力也增强， 使高聚物的高温流动粘 度增加，给加工成型带 来困难。高聚物的分子 量应兼顾使用和加工两 方面的要求。
CH2 CH CH3
CH2CH Ph
柔顺性：聚乙烯
> 聚丙烯
>
聚苯乙烯
第四章 聚合物的结构与性能
对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱， 柔顺性大。侧基对称性越高，分子链柔顺性越好。如：
CH2 CH CH3
CH3 CH2C
CH3
柔顺性： 聚丙烯 < 聚异丁烯
（3）氢键
如果高分子链的分子内或分子间可以形成氢键，氢键 的影响比极性更显著，可大大增加分子链的刚性。
柔顺性： 聚乙烯
<
C* H2 CH CH C* H2 聚丁二烯
第四章 聚合物的结构与性能
当主链中由共轭双键组成时，由于共轭双键因p电子云 重叠不能内旋转，因而柔顺性差，是刚性链。如聚乙炔、 聚苯：
CH=CH-CH=CH-CH=CH
聚乙炔
聚苯
因此，在主链中引入不能内旋转的芳环、芳杂环等环状 结构，可提高分子链的刚性。
旋光异构和几何异构。
1. 旋光异构：饱和碳氢化合物分子中的碳，以4个共价键与4 个不同的基团相连，该碳原子称为不对称碳原子（以C*表 示），这种有机物构成互为镜影的表现出不同旋光性的两种 异构体，称为旋光异构体。 对于结构单元为—CH2—C*HR— 型的高分子，由于C*两端 的链节不完全相同，这样一个链节有两种旋光异构体，他们 在高分子链中有三种键接方式，如图：
链接结构
☆链接结构是指结构单元在高分子链中的联结方式， 是影响性能的重要因素之一；
头-头（尾-尾）接
头-尾接
这种由结构单元间的联结方式不同所产生的异构体称为 顺序异构体。 实验证明，在自由基或离子型聚合的产物中，大多数是 头——尾键接的。
支化与交联
线形高聚物可以在适当溶剂中溶解，加热可以熔 融，易于加工成型；
柔顺性的影响因素
• 由于分子内旋转是导致分子链柔顺性的根本原 因，而高分子链的内旋转又主要受其分子结构 的制约，因而分子链的柔顺性与其分子结构密 切相关。分子结构对柔顺性的影响主要表现在 以下几方面：
第四章 聚合物的结构与性能
（1）主链结构
当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。
因为O、N原子周围的原子比C原子少 ，内旋转的位阻小； 而Si-O-Si的键角也大于C-C-C键，因而其内旋转位阻更小，即 使在低温下也具有良好的柔顺性。
图 高分子链的支化与交联
星型支化
梳型支化
无规支化
交联网
交联与支化的质的区别
支化的高分子能够溶解，而交联的高分子是不溶不熔的，只 有当交联度不是太大时能在溶剂中溶胀。热固性塑料（酚醛、 环氧、不饱和聚酯等）和硫化的橡胶都是交联的高分子。
支化与交联影响性能实例
高压聚乙烯与低压聚乙烯性能比较表
高压聚乙烯 0.91—0.94 低压聚乙烯 0.95—0.97
第四章 聚合物的结构与性能
（2） 侧基：
侧基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强， 单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。如：
CH2CH2 柔顺性：聚乙烯
CH2CH2CH2CHCH2 Cl
>
氯化聚乙烯
>
CH2CH Cl
聚氯乙烯
非极性侧基的体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差；
如：
CH2CH H
支化对物理机械性能的影响有时相当显著： 支化程度越高，支链结构越复杂，影响高分子材 料的使用性能越大；支化点密度或两相临支化点 之间的链的平均分子量来表示支化的程度，称为 支化度。
高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网型 大分子时即成为交联结构。所谓交联度，通常用 相邻两个交联点之间的链的平均分子量 来表示。 交联度越大，M_c 越小。
如：
O COC
聚酯
OH C NC
聚酰胺
HO NCO
聚氨酯
CH3 CH3 Si O Si CH3 CH3 聚二甲基硅氧烷
第四章 聚合物的结构与性能
当主链中含非共轭双键时，虽然双键本身不会内旋转，但 却使相邻单键的非键合原子（带*原子）间距增大使内旋转较 容易，柔顺性好。
如：
C* H2 CH2 C* H2
共聚物的结构
由两种以上单体单元所组成的聚合物称为共聚物。
以由A和B两种单体单元所生成的二元共聚物为例，按其连接方式可 分为以下几种类型： 交替共聚物 无轨共聚物 嵌段共聚物 接枝共聚物
共聚物平均组成的测定——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 以通过折光指数及浊度滴定法来测定。
分子量和分子量分布是影响内旋转是导致高分子链呈卷曲构象的原
因，内旋转愈是自由，蜷曲的趋势就愈大。称这种不规则地蜷曲的 高分子链的构象为无规线团。 1. 高分子在运动时C—C单键可以绕轴旋转，称为内旋转。 2. 由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。 内旋转完全自由的碳—碳单键是不存在的，当碳键带有的原子或基 团充分接近时，外层电子云将产生排斥力，使之不能接近，使旋转 时消耗一定能量。 △E是顺式构象与反式构象间的位能差，称为位垒。顺式构象位能 最高，反式构象位能最低（最稳定），因为基团距离愈大，排斥作 用愈小，故反式位能最低，顺式最不稳定。
第四章 聚合物的结构与性能
高分子构象
高分子链中的单键可内旋转，每个键的空间 位置受其键角的限制，但是离第一个键越远， 其空间位置的任意性越大，两者空间位置的相 互关系越小，可以想象从第i+1个键起，其空间 位置的取向与第一个键完全无关，因此高分子 链可看作是由多个包含i个键的段落自由连接组 成，这种段落成为链段。(左图作成围轴转动）
1. 分子主链全部由碳原子以共价键相联结的碳链高分子不 易水解；
2. 分子主链由两种或两种以上的原子以共价键联结的杂链 高分子带有极性，易水解、醇解或酸解；
元素高分子具有无机物的热稳定性及有机物的 弹性和塑性；
分子主链不是一条单链而是像“梯子”和“双 股螺线”那样的高分子链；
为防止链断裂从端基开始，有些高分子需要封 头，以提高耐热性。
材料 科 学 基 础 第四章 聚合物的结构与性能
高聚物的特点（与小分子物质相比）
高分子是由很大数目（103——105 数量级）的结构单 元组成的，每一个结构单元相当于一个小分子
一般高分子的主链都有一定的内旋转自由能，可 以使主链弯曲而具有柔性
高分子结构具有不均一性 各结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理
聚
链结构
近程结构 立体构型，以及支化、交联等
合
二级结构 高分子链的形态（构象）以及
物 的
远程结构 高分子的大小（分子量）
结 构
聚集态结构
三级结构
晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。
图 高分子的二级和三级结构示意图
第二节 高分子链的近程结构
一般合成高分子是由单体通过聚合反应连接而 成的链状分子，称为高分子链；
105℃ 135℃
60—70% 薄膜（软性）
95%
瓶、管、棒 等（硬性）
高压聚乙烯（低密度聚乙烯），由于支化破坏了分子的规 整性，使其结晶度大大降低；低压聚乙烯（高密度聚乙烯） 是线型分子，易于结晶，故在密度、熔点、结晶度和硬度方 面都高于前者。见上表
橡胶的硫化与交联度影响
橡胶的硫化是使聚异戊二烯的分子之间产生硫桥
聚合度是指高分子中所含的重复单元的数目，其值与分子量成正比。
可以作为衡量高分子大小的参数。
W(M)
左图是分子量的微分分布曲 线：横坐标是分子量，纵坐 标是分子量为M的组分的相 对含量。由图能知道高分子 的平均大小和分子量的分散 程度，即分子量分布的宽度。
M
聚合物的分子量或聚合度到达某一数值后，才能显示出适用的机械
基本概念
高分子的聚集态结构是指高分子链之间的排列 和堆砌结构，也称为超分子结构。
高分子的链结构是决定高聚物基本性质的主要 因素；而聚集态结构是决定高聚物本体性质的 主要因素。
由于存在高分子之间的相互作用力，才使相同 的或不同的高分子能聚集在一起成为有用的材 料。
①旋光异构体
全同立构：高分子主链上 各结构单元中的不对称碳 原子具有相同的构型。
间同立构：高分子主链上， 相邻结构单元中的不对称 碳原子交替出现R和S构型。
无规立构：高分子链上的 不对称碳原子的构型是无 规排列的。
第三节 高分子链的远程结构
高分子化合物的分子量有一定分布，不是均一的，聚合 物分子量的这种特性称为“多分散性”。
i+1 i
第四章 聚合物的结构与性能
高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。 高分子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如 取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。
高分子链的构象
第四章 聚合物的结构与性能
构象是由分子内热运动引起的物理现象，是不断改变的， 具有统计性质。因此讲高分子链取某种构象是指的是它取 这种构象的几率最大。
共聚物结构中的序列问题
为描述共聚物的序列结构，常用的参数有各单体单 元的平均序列长度和嵌段数R。例如下面共聚物分 子：
A B AA BBB A BB AA BBBB AAA B 其中A单体9个，A序列为5段，B单体11个，B序列 为5段（短划表示序列）。 嵌段R的含义是指在100个单体单元中出现的各种嵌 段的总和。R与平均——序列长度——的关系是：