非晶态结构和液晶态结构

1.1 聚合物结构的三个层次近程结构——系指单个大分子链内部一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结决定聚合物性能的根本性物质基础，亦是决定远程结构和凝聚态结构的重要因素。

远程结构——系指由数目众多的结构单元组成的单个大分子链的长短及其在空间存在的各种形态（是直链还是有支链？是刚性的还是柔性的？是折叠状，还是螺旋状的？）。

凝聚态结构——系指聚合物在宏观上所表现出的分子凝聚结构类型。

包括非晶态、结晶态、 取向态、液晶态、织态结构，前四个描述是聚合物的堆砌方式，织态为不同聚合物分子链或与添加剂间的结合和堆砌方式，以结晶态和非晶态最常见。

分子链结构是决定聚合物性质最基本、最重要的结构层次。

熔点、密度、溶解性、溶液或熔体的粘度、粘附性能很大程度上取决于分子结构;而凝聚态结构是决定聚合物材料和制品的使用性能，尤其是力学性能的重要因素。

关于化学结构与物理结构的确切划分，普遍认同的是 H.G.Elias 提出的界定原则：化学结构：除非通过化学键的断裂，即同时生成新的化学键才能够产生改变的分子结构。

聚合物结构中所包括的结构单元的组成及其空间构型属于化学结构。

物理结构：将大分子内部、之间或者基团与大分子之间的形态学表述。

取向、结晶和分子链的构象则属于物理结构 1.2 大分子链的近程结构大分子链的近程结构包括结构单元的化学组成，连接方式、结构异构、立体异构、以及共聚物的序列结构等五个主要方面。

1.2.1 结构单元的化学组成结论1：聚合物的近程结构，即结构单元的化学组成和结构是决定其远程结构和凝聚态结构以及聚合物性能最重要的决定性因素。

尼龙-66、PET 、PBT ～缩聚物， PP 、PS 、PMMA 、PB ～加聚物 归纳表中三条主要规律：1）杂链聚合物（多为缩合聚合物）与碳链聚合物（多为加成聚合物）相比较，前者的各项物理性能均优于后者； 2）在碳链聚合物中，侧基带有极性基团的PVC 和带有苯基的PS 的相对密度和熔点均高于非极性和低位阻侧基的PE 和PP ； 3）缩聚物尼龙和涤纶等的相对密度、熔点、强度和使用温度均普遍高于一般加聚物。

二、填空1、高聚物结构包括 高分子的链结构 和高分子的聚集态结构，高分子的聚集态结构又包括 晶态结构 、 非晶态结构 、 取向态结构 和 液晶态结构以及织态结构 。

2、高分子链结构单元的化学组成有 碳链高分子 、 杂链高分子 、元素高分子和 梯形和双螺旋型高分子，元素高分子有 有机元素高分子 和 无机元素高分子 。

3、高分子的结晶形态有 折叠链片晶 、 串晶 、 伸直链片晶 和 纤维状晶 。

4、高聚物的晶态结构模型主要有 缨状胶束模型（或两相模型）、 折叠链结构模型 、 隧道-折叠链模型 、 插线板模型 ；高聚物的非晶态结构模型主要有 无规线团模型 和 折叠链缨状胶束粒子模型（或两相球粒模型） 。

5、测定分子量的方法有 端基分析法 、 气相渗透法 、 膜渗透法 、 光散射法 、 粘度法 和 凝胶色谱法 。

6、提高高分子材料耐热性的途径主要有 增加链刚性 、增加分子间作用力 、 结晶。

7、线性高聚物在溶液中通常为 无规线团 构象，在晶区通常为 伸直链 或 折叠链 现象。

8、高聚物稀溶液冷却结晶易生成 单晶 ，熔体冷却结晶通常生成 球晶 。

熔体在应力作用下冷却结晶常常形成 串晶 。

9、测定高聚物M n 、M w 、M η的方法分别有 膜渗透法 、 光散射法 、和 粘度法 。

测定高聚物相对分子质量分布的方法有 沉淀分级法 和 GPC ；其基本原理分别为 溶解度 和 体积排除 。

10、高聚物的熔体一般属于 假塑性 流体，其特性是 粘度随剪切速率增加而减小 。

高聚物悬浮体系、高填充体系、PVC 糊属于 胀塑性 流体，其特征是 粘度随剪切速率增加而增加 。

11、对于聚乙烯自由旋转链，均方末端距与链长的关系是 222nl h 。

12、当温度T= θ 时，第二维里系数A 2= 0 ，此时高分子溶液符合理想溶液性质。

13、测定PS 重均相对分子质量采用的方法可以是 光散射法 。

14、均相成核生长成为三维球晶时，A vranmi 指数n 为 4 。

一、概念与名词第一章高分子链的结构高聚物的结构指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间相对排列，包括高分子的链结构和聚集态结构。

高分子链结构表明一个高分子链中原子或基团的几何排列情况。

聚集态结构指高分子整体的部结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构。

近程结构指单个大分子一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构。

远程结构指单个高分子的大小和在空间所存在的各种形状称为远程结构化学结构除非通过化学键的断裂和生成新的化学键才能改变的分子结构为化学结构。

物理结构而一个分子或其基团对另一个分子的相互作用构型分子中各原子在空间的相对位置和排列叫做构型，这种化学结构不经过键的破坏或生成是不能改变的。

旋光异构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子，由于每一个结构单元含有一个C*，因此，它们在高分子链中有三中键接方式，即全同、间同、无规立构，此即为旋光异构。

全同立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子，由于每一个结构单元含有一个C*，因此，它们在高分子链中有三种键接方式，若高分子链中C*的异构体是相同的，此即为全同立构。

间同立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子，由于每一个结构单元含有一个C*，因此，它们在高分子链中有三种键接方式，若高分子链中C*的两种异构体是交替出现的，此即为间同立构。

无规立构结构单元-CH2--C*HR-型的高分子，由于每一个结构单元含有一个C*，因此，它们在高分子链中有三种键接方式，若高分子链中C*的两种异构体是无规则出现的，此即为无规立构。

有规立构全同和间同立构高分子统称为有规立构。

等规度全同立构高分子或全同立构高分子和间同立构高分子在高聚物中的百分含量。

几何异构当主链上存在双键时，而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时，即可形成顺反异构，此即为几何异构。

顺反异构当主链上存在双键时，而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时，即可形成顺反异构，此即为几何异构。

非晶质结构名词解释非晶质结构名词解释导语：非晶质结构是一种特殊的物质结构形态，与晶体结构相对。

它具有无定形、非周期性的特征，表现出独特的物理和化学性质。

本文将对非晶质结构进行全面评估，从浅入深地探讨其定义、形成原理、性质特点以及在材料科学领域的应用。

通过本文的阅读，您将对非晶质结构有更全面、深入和灵活的理解。

一、非晶质结构的定义1. 介绍：非晶质结构，也被称为无定形结构或玻璃态结构，是物质在凝聚态下一种不具有周期性、无定形的结构状态。

2. 无定形的表现：非晶质结构的原子或分子排列没有规律的重复性，呈现出无序分布的状态。

3. 与晶体结构的对比：与晶体结构相比，非晶质结构缺乏长程有序性，其结构可以被视为一种高度调制的、无规律的有序性。

二、非晶质结构的形成原理1. 过冷液体的快速冷却：非晶质结构的形成通常要求物质从高温液体迅速冷却至超过其玻璃转变温度，形成固态玻璃。

2. 玻璃转变：在过冷液体快速冷却过程中，物质凝固成固态玻璃，并且不通过晶体态中间相。

这种突然的结构变化称为玻璃转变。

三、非晶质结构的性质特点1. 基本性质：非晶质结构具有无定形性、各向同性以及无孪晶界等特点。

2. 物理性质：非晶质材料通常具有高硬度、高强度、高弹性模量和低膨胀系数等特点。

3. 化学性质：非晶质结构能够在高温下保持结构的稳定性，具有较高的抗腐蚀性和化学稳定性。

4. 变形特性：非晶质材料在变形方面表现出较大的塑性变形能力和较低的流动阈值。

四、非晶质结构在材料科学中的应用1. 杂化材料：非晶质合金是一类应用广泛的杂化材料，由两种或多种元素组成，通过非晶化工艺制备而成。

其具有出色的力学性能和耐磨性，广泛应用于航空航天、汽车工业和电子领域。

2. 非晶质硅：非晶质硅是一种无定形的硅材料，因具有优异的光学和电学性能，被广泛应用于太阳能电池、液晶显示器和半导体器件等高科技领域。

3. 药物释放系统：利用非晶质材料的无规则结构和较大的孔隙度，可以制备出具有优异药物释放性能的药物载体。

1.1 聚合物结构‎的三个层次‎近程结构——系指单个大‎分子链内部‎一个或几个‎结构单元的‎化学结构和‎立体化学结‎决定聚合物性‎能的根本性‎物质基础，亦是决定远‎程结构和凝‎聚态结构的‎重要因素。

远程结构——系指由数目‎众多的结构‎单元组成的‎单个大分子‎链的长短及‎其在空间存‎在的各种形‎态（是直链还是‎有支链？是刚性的还‎是柔性的？是折叠状，还是螺旋状‎的？）。

凝聚态结构‎——系指聚合物‎在宏观上所‎表现出的分‎子凝聚结构‎类型。

包括非晶态‎、结晶态、 取向态、液晶态、织态结构，前四个描述‎是聚合物的‎堆砌方式，织态为不同‎聚合物分子‎链或与添加‎剂间的结合‎和堆砌方式‎，以结晶态和‎非晶态最常‎见。

分子链结构‎是决定聚合‎物性质最基‎本、最重要的结‎构层次。

熔点、密度、溶解性、溶液或熔体‎的粘度、粘附性能很‎大程度上取‎决于分子结‎构;而凝聚态结‎构是决定聚‎合物材料和‎制品的使用‎性能，尤其是力学‎性能的重要‎因素。

关于化学结‎构与物理结‎构的确切划‎分，普遍认同的‎是H.G.Elias ‎ 提出的界定‎原则： 化学结构：除非通过化‎学键的断裂‎，即同时生成‎新的化学键‎才能够产生‎改变的分子‎结构。

聚合物结构‎中所包括的‎结构单元的‎组成及其空‎间构型属于‎化学结构。

物理结构：将大分子内‎部、之间或者基‎团与大分子‎之间的形态‎学表述。

取向、结晶和分子‎链的构象则‎属于物理结‎构 1.2 大分子链的‎近程结构 大分子链的‎近程结构包‎括结构单元‎的化学组成‎，连接方式、结构异构、立体异构、以及共聚物‎的序列结构‎等五个主要‎方面。

1.2.1 结构单元的‎化学组成 结论1：聚合物的近‎程结构，即结构单元‎的化学组成‎和结构是决‎定其远程结‎构和凝聚态‎结构以及聚‎合物性能最‎重要的决定‎性因素。

尼龙-66、PET 、PBT ～缩聚物， PP 、PS 、PMMA 、PB ～加聚物 归纳表中三‎条主要规律‎： 1）杂链聚合物‎（多为缩合聚‎合物）与碳链聚合‎物（多为加成聚‎合物）相比较，前者的各项‎物理性能均‎优于后者； 2）在碳链聚合‎物中，侧基带有极‎性基团的P ‎V C 和带有‎苯基的PS ‎的相对密度‎和熔点均高‎于非极性和‎低位阻侧基‎的PE 和P ‎P ； 3）缩聚物尼龙‎和涤纶等的‎相对密度、熔点、强度和使用‎温度均普遍‎高于一般加‎聚物。

第2章晶体结构提纲：2.1 晶体学基础2.2 金属的晶体结构2.3 合金相结构2.4 离子晶体结构2.5 共价晶体结构2.6 聚合物的晶态结构2.7 非晶态结构学习要求：掌握晶体学基础及典型晶体的晶体结构，了解复杂晶体(包括合金相结构、离子晶体结构，共价晶体的结构，聚合物的晶态结构特点)、准晶态结构、液晶结构和非晶态结构。

1．晶体学基础（包括空间点阵概念、分类以及它与晶体结构的关系；晶胞的划分，晶向指数、晶面指数、六方晶系指数、晶带和晶带定律、晶面间距的确定、极射投影）；2．三种典型金属晶体结构（晶胞中的原子数、点阵常数与原子半径、配位数与致密度、堆垛方式、间隙类型与大小）；3．合金相结构（固溶体、中间相的概念、分类与特征）；4．离子晶体的结构规则及典型晶体结构（AB、AB2、硅酸盐）；5、共价晶的结构规则及典型晶体结构体（金刚石）6、聚合物的晶态结构、准晶态结构、液晶结构和非晶态结构。

重点内容1.选取晶胞的原则；Ⅰ) 选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性；Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目应最多；Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。

2.7个晶系，14种布拉菲空间点阵的特征；（1）简单三斜（2）简单单斜底心单斜（3）简单正交底心正交体心正交面心正交（4）简单六方（5）简单四方体心四方（6）简单菱方（7）简单立方体心立方面心立方3.晶向指数与晶面指数的标注，包括六方体系，重要晶向和晶面需要记忆。

4.晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带轴，共带面，晶面间距5.8种,即1，2，3，4，6，i，m，。

或C1，C2，C3，C4，C6 ，C i，C s，S4。

微观对称元素6.极射投影与Wulff网；标hkl直角坐系d4⎧⎨⎩微观11213215243滑动面 a，b，c，n，d螺旋轴 2；3，3；4，4，4；6，6，6，6，67.三种典型金属晶体结构的晶体学特点；在金属晶体结构中，最常见的是面心立方(fcc)、体心立方（bcc）和密排六方(hcp)三种典型结构，其中fcc和hcp系密排结构，具有最高的致密度和配位数。

第5章聚合物的非晶态5.1复习笔记一、高分子的凝聚态结构高分子的凝聚态结构：分子链之间的几何排列和堆砌结构，包括非晶态结构、晶态结构、液晶态结构、取向态结构和共混聚合物的织态结构等。

高分子链结构是决定聚合物基本性质的内在因素，凝聚态结构随着形成条件的变化而变化，是直接决定聚合物本体性质的关键因素。

二、非晶态聚合物的结构模型目前对非晶态高聚物结构的争论交点，主要集中在完全无序还是局部有序。

1．无规线团模型（1）1949年，Flory从统计热力学理论出发推导出“无规线团模型”。

该模型认为：在非晶态聚合物中，高分子链无论在 溶剂或者是本体中，均具有相同的旋转半径，呈现无扰的高斯线团状态。

（2）实验证据①橡胶弹性理论；②在非晶聚合物的本体和溶液中，分别用高能辐射使高分子发生交联。

未发现本体体系中发生分子内交联的倾向比溶液中大；③用X光小角散射测定含有标记分子的聚苯乙烯本体试样中聚苯乙烯分子的旋转半径，与在溶液中聚苯乙烯分子的回转半径相近。

2．两相球粒模型（1）1972年，Yeh 提出两相球粒模型。

该模型认为：非晶态聚合物存在着一定程度的局部有序。

包含粒子相和粒间相两个部分，一根分子链可以通过几个粒子和粒间相。

（2）支持该模型的事实①橡胶弹性的回缩力；②聚合物的非晶和结晶密度比为96.0~85.0/≈c a ρρ，按分子链成无规线团形态的完全无序的模型计算65.0/<c a ρρ，实际密度比偏高；③聚合物结晶速度很快；④某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度增加，球粒增大。

二、非晶态聚合物的力学状态和热转变图5-1非晶态聚合物温度形变曲线“三态两区”：玻璃态、高弹态、黏流态、玻璃化转变（玻璃态与高弹态之间的转变）、粘流转变（高弹态与黏流态之间的转变）。

玻璃态：键长和键角的运动，形变小，模量大。

外力除去后，形变立刻回复，是普弹性。

玻璃化转变：链段开始发生运动，模量下降。

对应的转变温度T g为玻璃化温度。

高分子物理复习提要1’ 高分子化学组成，高分子链接键接方式、序列，分子构造，分子链构型2‘ 分子链大小（分子量，均方末端距，均方半径）分子链在空间的形态（构象、柔顺性）3’ 晶态，非晶态，液晶态，取向结构4‘ 多组分分子链体系，高分子生物体结构一级与二级结构统称为链结构，四级结构为高级结构，三级与四级结构统称聚集态结构1.碳碳PE PS PP PVC 可塑性好，键能低，强度低，化学性质差，耐热性差，不易水解2.杂链高分子PI PSU PEO 易水解，化学稳定性差，芳香族用于工程塑料3.元素高分子PDMS 可塑性和弹性好，热稳定性优良，但强度低4.三维网状结构的交联高分子受热不能熔融，加入溶剂不可以溶解，只能溶胀——热固性材料（①对线型高分子硫化或过氧化物交联②使用多官能团单体③具有一定分子量的齐聚物端基交联）交联度高弹性变差。

两交联点间平均分子量越小，交联密度越高。

5.梯形高分子热稳定性好，高强度高模量使用交联剂可以提高性能（1）一级结构（近程结构）1.线型高分子：柔顺性好，易结晶，高密度——热塑性高分子2.支链短的高分子规整度差，不易结晶；长支链的高分子流动黏度大。

整体结晶度密度强度降低。

3.无规支化高分子规整性差，不易结晶，强度弱（低密度聚乙烯LDPE：软塑料制品和薄膜）；几乎无支化链高分子规整性好，易结晶，强度好（高密度聚乙烯HDPE：硬塑料制品、管、板材和包装容器）4.构型：几何异构（反式结构规整度好，易结晶；天然橡胶以顺式结构为主）光学异构（全同立构和间同立构规整性好，易于结晶，通常不具有旋光性，配位聚合可得到；自由基聚合多为无规立构）（2）二级结构（远程结构）1.高分子链构象：低温大部分以全反式构象（锯齿状）为主（聚丙烯PP为旁式构象和全反式构象交替的螺旋结构，一个晶胞中有单体单元12个，单斜晶系）高温时柔性高分子成为无规线团（全反式和左旁式构象和右旁式构象均有）刚性大分子以伸展的棒状构象存在（单键内旋转不易发生）2.柔顺性：热力学平衡下高分子卷曲程度越高，静态柔顺性越好；构象转变越容易越快动态柔顺性越好。