第二章聚合物的凝聚态结构
2.1 物质的凝聚态和相态
2. 2 聚合物的凝聚态和相态
2. 3 聚合物的晶态结构
2. 4 聚合物的非晶态结构
2.1 物质的凝聚态和相态
凝聚态乃是物质在确定条件下所表现出的物理状态、由分子热运动程度和力学形态所区分的存在状态（宏观状态）。相态乃是物质在确定条件下所处的热力学状态（微观状态）。
凝聚态与相态不能完全一一对应，也不能截然划分。如玻璃态或液晶态聚合物，按凝聚态划分属于固态，但是按相态判断却又分别属于固相和液相。
换言之，玻璃态聚合物是处于固态的液相物质（或被凝固的液体），而液晶则是处于液态的晶相物质。
2. 2 聚合物的凝聚态和相态
聚合物的凝聚态通常只包括固态和液态两种类型，而不存在气态聚合物。
处于同一种凝聚态的的聚合物在不同条件下有时却又表现出不同的宏观形态和性质，这种现象在聚合物中是十分普遍的。例如:
透明的聚乙烯经过注塑成型以后成为不透明的蜡状制品；
迅速冷却并经过双轴向拉伸以后的涤纶薄膜是韧性极好的透明薄膜；慢慢冷却而未经拉伸的涤纶切片又表现出一定的脆性。
聚合物处于固态或液态时，其内部分子链也可能表现出一定程度的有序排列，所以聚合物也有晶态和非晶态之分。不过，由于聚合物分子链的长度往往超过一般晶格的尺寸，出现晶格缺陷和分子链在晶格之间的贯穿是结晶态聚合物的重要特征之一。
聚合物的凝聚态和相态的决定因素首先是聚合物的特殊分子连结构及其相互作用。
其次是外界条件。外界条件总是通过对不同结构的分子链产生不同的作用，从而影响聚合物的凝聚态结构和相态结构。
一般认为，聚合物的凝聚态结构通常包括非晶态、晶态、取向态、液晶态和织态等五种类型。
2.3 聚合物的晶态结构
大量实验证明，如果高分子链本身具有必要的规整结构，同时给予适宜的条件（温度等），就会发生结晶，形成晶体。高分子链可以从熔体结晶，从玻璃体结晶，也可以从溶液结晶。
结晶聚合物的晶体结构、结晶程度、结晶形态等对其力学性能、电学性能、光学性质都有很大影响，研究结晶聚合物的晶态结构具有重要的理论和实际意义。
X 射线衍射实验证明，在很多结晶聚合物中高分子链确实堆砌成具有三维远程有序的点阵结构，即晶格。由于聚合物分子具有长链结构的特点，结晶时链段并不能充分的自由运动，这就妨碍了分子链的规整堆砌排列，因而高分子晶体内部往往含有比低分子晶体更多的晶格缺陷。
所谓晶格缺陷，指的是晶格点阵周期性的在空间的中断。
典型的高分子晶格缺陷是由端基、链扭结、链扭转引起的局部构象错误所导致。链中的局部键长、键角的改变和链的局部位移，是聚合物晶体中时常含有许多歪斜的晶格结构。
当缺陷严重影响晶体的完善程度时，便导致所谓准晶结构，即存在畸变的点阵结构，甚至成为非晶区。
2.3.1聚合物的结晶形态
常见聚合物的结晶形态包括单晶、伸直链晶体、串晶、柱晶和球晶等五种类型。
1）单晶
单晶只有在极低浓度（< 0.01wt.%）的聚合物溶液中缓慢地结晶出来。
2）伸直链晶体：通常在高温高压条件下形成
3）串晶和柱晶：介于稀溶液与高温高压条件之间
4）球晶球晶的基本特点是晶核以径向对称的形式生长，而并不一定在于最后生成的晶体形态是否真正属于球形。
球晶的典型光学特性是在偏光显微镜的正交偏振片之间呈现独特的黑十字消光图案。
2）结晶聚合物的分子构象
聚合物分子链在晶体中的构象排列方式取决于分子链的化学结构以及分子间作用力的强弱。
一般无取代基或取代基体积很小的聚合物分子链常常以反式锯齿状构象排列而进入晶格。如聚乙烯、聚乙烯醇、大多数间同立构的聚合物、聚酯和聚酰胺等。
带有大体积取代基的聚合物，为了尽量减小空间位阻以降低分子链的热力学能，只能按照螺旋状的构象排列。2.4 聚合物的非晶态结构
2.4.1 非晶态聚合物的“毛毡模型”
由于对非晶态聚合物结构的研究比对晶态聚合物的研究更困难，所以对非晶态聚合物结构的了解至今仍然很肤浅。
人们最初曾从柔性聚合物分子链空间排列的卷曲、无规和瞬时变化等特点出发，将非晶态聚合物形象地理解为“由卷曲的大分子链完全无规地堆砌在一起，类似于毛毡状”。
显然，此模型无法解释某些结晶性聚合物几乎能够瞬时结晶的实验事实，很难想象杂乱无章地堆砌在一起的大分子链能够在很短时间内彼此分开，并迅速折叠成为高度有序排列的晶体 2.4.2 折叠链樱状胶束
粒子模型(两相球粒结构模型)
1）非晶态聚合物存在局部有序的“粒子相”和无序的“粒间相”；
2）“粒子相”中存在分子链平行排列、尺寸在2 ~ 4 nm 的折叠部分；
3）“粒子相”周围是1~2 nm 厚度的“粒界区”,包容着折叠链的链端、缠结点、连接链与折叠链之弯曲部分；
4）“粒间相”呈无规线团状，包含着低分子物和大分子链端；
5）大分子链可以同时贯穿几粒子相和粒间相2.4.3 无规线团模型
其要点是：非晶态聚合物无论处于玻璃态、熔融状态、还是在稀溶液中，其分子链的空间形态都是无规线团状，线团内部分子链之间是无规地相互缠结的。
因此非晶态聚合物在热力学上属于均相体系，而不属于非均相体系。
第 8 讲2.5 聚合物的液晶态结构
2.6 聚合物的取向态结构
2.7 聚合物的织态结构
2.5 聚合物的液晶态结构
所谓液晶乃是某些化合物处于熔融态或在溶液中能够表现出有序结构和特性的流体的总称。
1）液晶聚合物的结构特征
液晶聚合物通常具有刚性的分子链，同时具有便于取向的几何不对称性。
2）液晶的分类及其结构特点
按液晶的生成方式分为“热致性液晶”和“溶致性液晶”两类；
按照液晶结构分为近晶、向列和胆甾三类型：
①近晶型液晶：这是最接近于结晶结构的一种液晶类型。(想象为整齐堆放在等长盒子中的粉笔)②向列型液晶：棒状分子按轴向取向而平行排列。(想象为平行整齐堆放在长盒子中的粉笔头尾相接) ③胆甾型液晶：分子链层状排列，相邻两层分子链依次扭转一定角度而形成螺旋结构 使入射光散为彩色→液晶电视。
3）高分子液晶的独特流变性
高分子液晶的应用：
1）具有特殊的光学性能，如电视、电脑等电器的液晶显示；
2）对应力和温度特殊敏感，可制作灵敏度可以达到0.01℃的温差检测元件等。
3）可以纺制超高强度，模量、综合性能特别优异的合成纤维。液晶纺丝解决了高浓度、高粘度的问题。
2.6 聚合物的取向态结构
在特定外力（例如拉伸应力或剪切应力）作用下，聚合物的分子链、链段和微晶等都可以沿着外力方向进行有序排列，这个过程就是“取向”。（在无外力作用下，则成晶态或非晶态）
取向过程是熵值减小的非自发过程。
分子热运动→解取向过程→熵值增大的自发过程。
1）取向态聚合物的结构层次
包括链段取向、分子链取向、以及晶态聚合物的晶束、晶带和晶片的取向等层次，不同取向层次的聚合物的有序程度和性质也不相同。
2）取向类型
分为单轴取向和双轴取向两种。 如单轴取向（拉伸）的薄膜和双轴取向（拉伸）的薄膜或板材。
3）取向机理 以球晶聚合物的拉伸取向为例，通常包括以下四个过程：
①初期球晶发生弹性形变，逐渐转变成椭球状结构；
②进入不可逆形变阶段，球晶逐渐转变成带状，折叠链晶片发生倾斜、滑移和转动，进而晶片破裂，部分折叠链被拉直，至使原有结构遭到破坏
③再结晶阶段，折叠链晶片重新组成新的晶体结构——“微丝晶结构”或“微纤晶结构”。
④晶型转变，部分折叠链晶片转变成伸直链晶体。
4）取向度
取向度乃是表征取向聚合物结构与性能关系的一个重要参数，通常用取向函数表示：
)1c os 3(2120-=θf
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。 凝聚态：为物质的物理状态，是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的，通常包括固体、液体和气体。 内聚能密度：CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位： 晶系：根据晶体的特征对称元素所进行的分类。 结晶度：试样中的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）。 取向：聚合物的取向是指在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向的择优排列。 高分子合金的相容性：两种或两种以上高分子，通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所具有的亲和性。 2.什么叫内聚能密度？它与分子间作用力的关系如何？如何测定聚合物的内聚能密度？ 答：（1）内聚能密度：CED定义为单位体积凝聚体汽化时所需要的能量，单位： （2）内聚能密度在300以下的聚合物，分子间作用力主要是色散力；内聚能密度在400 以上的聚合物，分子链上有强的极性基团或者分子间能形成氢键；内聚能密度在300-400之间的聚合物，分子间相互作用居中。 3.聚合物在不同条件下结晶时，可能得到哪几种主要的结晶形态？各种结晶形态的特征是什么？ 答：（1）可能得到的结晶形态：单晶、树枝晶、球晶、纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体； （2）形态特征： 单晶：分子链垂直于片晶平面排列，晶片厚度一般只有10nm左右； 树枝晶：许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状； 球晶：呈圆球状，在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光，有些出现同心环；纤维状晶：晶体呈纤维状，长度大大超过高分子链的长度； 串晶：在电子显微镜下，串晶形如串珠； 柱晶：中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶，呈柱状； 伸直链晶体：高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当。
2004年论文目录 凝聚态物理 1．周俊，石勤伟，吴明卫 Spin-dependent transport in lateral periodic magnetic modulations: a scheme for spin filters Appl. Phys. Lett.，84 (2004) 365. 2．吴明卫，周俊，石勤伟 Spin-dependent quantum transport in periodic magnetic modulations: Aharonov-Bohm ring structure as a spin filter Appl. Phys. Lett.，85 (2004) 1012. 3．石勤伟，周俊，吴明卫 Spin filtering through a double-bend structure Appl. Phys. Lett.，85 (2004) 2547. 4．翁明琪，吴明卫，姜磊 Hot-electron effect in spin dephasing in n-type GaAs quantum Wells Phys. Rev. B, 69 (2004) 245320. 5．翁明琪，吴明卫 Multi-subband effect in spin dephasing in semiconductor quantum Wells Phys. Rev. B, 70 (2004) 195318. 6．翁明琪，吴明卫，石勤伟 Spin oscillations in transient diffusion of a spin pulse in n-type semiconductor quantum wells Phys. Rev. B, 69 (2004) 125310. 7．程晋罗，吴明卫，吕川 Spin relaxation in semiconductor quantum dots Phys. Rev. B, 69 (2004) 115318. 8．丁泽军、李会民、后藤敬一、蒋永忠、志水隆一 Energy Spectra of Backscattered Electrons in Auger Electron Spectroscopy: Comparison of Monte Carlo Simulation with Experiment J. Appl. Phys. 96 (2004) 4598-4606 9．丁泽军、李会民、唐旭东、志水隆一 Monte Carlo Simulation of Absolute Secondary Electron Yield of Cu Appl. Phys. A 78 (2004) 585-587 10．曾庆光、丁泽军 Photoluminescence and Raman Spectra Study of Para-Phenylenevinylene at Low Temperatures J. Phys.: Condens. Matter 16 (2004) 5171-517 11．孙霞，丁泽军
理论物理（100） 排名学校名称等 级 排 名 学校名称等级 排 名 学校名称 等 级 1北京大学A+8南京大学A15北京理工大学A 2中国科学技术大学A+9上海交通大学A16山东大学A 3北京师范大学A+10南开大学A17湖南师范大学A 4复旦大学A+11清华大学A18西安交通大学A 5大连理工大学A+12兰州大学A19内蒙古大学A 6浙江大学A13中山大学A20华中师范大学A 7华中科技大学A14吉林大学A B+等(30个)：宁波大学、河北师范大学、四川大学、南京师范大学、云南大学、天津大学、山西大学、武汉大学、扬州大学、西北大学、辽宁师范大学、华东师范大学、厦门大学、同济大学、广西大学、浙江师范大学、河北工业大学、广西师范大学、河南师范大学、湖南大学、北京科技大学、渤海大学、东南大学、西华师范大学、南京航空航天大学、江西师范大学、南昌大学、烟台大学、河南大学、辽宁大学 B等(30个)：曲阜师范大学、西南大学、深圳大学、中南大学、山西师范大学、郑州大学、安徽大学、西北师范大学、北京航空航天大学、北京工业大学、苏州大学、云南师范大学、重庆邮电大学、湖南科技大学、北京交通大学、温州大学、上海师范大学、中国人民大学、东北大学、华南师范大学、山东师范大学、中国矿业大学、重庆大学、东北师范大学、贵州大学、安徽师范大学、徐州师范大学、广州大学、四川师范大学、湘潭大学 C等(20个)：名单略
粒子物理与原子核物理（26） 排名学校名称等 级 排 名 学校名称 等 级 排 名 学校名称 等 级 1北京大学A+3清华大学A5复旦大学A 2中国科学技术大学A4兰州大学A B+等(8个)：华中师范大学、四川大学、浙江大学、北京师范大学、吉林大学、武汉大学、南京大学、哈尔滨工业大学 B等(7个)：上海交通大学、南开大学、山东大学、辽宁师范大学、山西大学、郑州大学、中山大学 C等(6个)：名单略 原子与分子物理（33） 排名学校名称等 级 排 名 学校名称 等 级 排 名 学校名称等级 1清华大学A+3吉林大学A5大连理工大学A 2四川大学A4中国科学技术大学A6西北师范大学A B+等(10个)：复旦大学、山西大学、上海交通大学、浙江大学、北京理工大学、山东大学、安徽师范大学、华中师范大学、南京大学、华东师范大学 B等(10个)：山东师范大学、四川师范大学、山西师范大学、河南师范大学、西安交通大学、华东理工大学、辽宁师范大学、新疆大学、辽宁大学、广西师范大学 C等(7个)：名单略
理论物理（理论物理（100100100） ）
庆邮电大学、湖南科技大学、北京交通大学、温州大学、上海师范大学、中国人民大学、东北大学、华南师范大学、山东师范大学、中国矿业大学、重庆大学、东北师范大学、贵州大学、安徽师范大学、徐州师范大学、广州大学、四川师范大学、湘潭大学 C等(20个)：名单略 2626）） 粒子物理与原子核物理（26 粒子物理与原子核物理（ 3333）） 原子与分子物理（ 原子与分子物理（33
1414））等离子体物理（14等离子体物理（
C 等(3个)：名单略 凝聚态物理（凝聚态物理（116116116） ）
B+等(35个)：南开大学、西北工业大学、同济大学、苏州大学、湘潭大学、北京工业大学、北京理工大学、西安交通大学、华东师范大学、哈尔滨工业大学、中南大学、燕山大学、湖南师范大学、东南大学、河南大学、河北师范大学、厦门大学、东北师范大学、电子科技大学、山西大学、华中师范大学、天津大学、北京化工大学、广西大学、大连海事大学、武汉理工大学、兰州理工大学、西北大学、浙江师范大学、中国人民大学、聊城大学、温州大学、河南师范大学、华南师范大学、暨南大学 B等(34个)：宁夏大学、陕西师范大学、首都师范大学、哈尔滨理工大学、宁波大学、南京师范大学、四川师范大学、西南科技大学、广州大学、内蒙古科技大学、华南理工大学、曲阜师范大学、扬州大学、西南大学、云南大学、哈尔滨师范大学、西北师范大学、东北大学、湖北大学、西南交通大学、长春理工大学、吉首大学、中国矿业大学、上海理工大学、长沙理工大学、北京交通大学、南京理工大学、三峡大学、青岛大学、天津理工大学、内蒙古大学、福建师范大学、吉林师范大学、河海大学 C等(24个)：名单略 声学（ 1515）） 声学（15
《聚合物的凝聚态结构》复习题 1. 解释并比较下列名词： 凝聚态与相态；单晶、多晶与液晶； 2. 聚乙烯在下列条件下缓慢结晶，各生成什么样的晶体？ （1） 从极稀溶液中缓慢结晶； （2） 从熔体中结晶； （3） 极高压力下固体挤出； （4） 在溶液中强烈搅拌下结晶。 3. 由什么事实可证明结晶高聚物中有非晶态结构? 试举两种实验事实说明PS 本体符合Flory 无规线团模型。 4. 由文献查得涤纶树脂的密度ρc =1.50×103kg ·m -3，和ρa =1.335×103kg ·m -3，内聚能ΔΕ=66.67kJ ·mol -1(单元)．今有一块1.42×2.96×0.51×10-6m 3的涤纶试样，重量为2.92×10-3kg ，试由以上数据计算： (1)涤纶树脂试样的密度和结晶度；(2)涤纶树脂的内聚能密度． 5. 由大量高聚物的a ρ和c ρ数据归纳得到13.1=a c ρρ，如果晶区与非晶区的密 度存在加和性，试证明可用来粗略估计高聚物结晶度的关系式V c a X 13.01+=ρρ 6. 将熔融态的聚乙烯（PE ）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET ）和聚苯乙烯（PS ）淬冷到室温，PE 是半透明的，而PET 和PS 是透明的。为什么？ 将上述的PET 透明试样，在接近玻璃化温度Tg 下进行拉伸，发现试样外观由透明变为混浊，试从热力学观点来解释这一现象。 7. 聚合物晶体为什么会有结晶度？如何测量并简述测量原理。 8. 何谓高聚物的取向？为什么有的材料（如纤维）进行单轴取向，有的材料（如薄膜），则需要双轴取向？说明理由。 9．请比较聚合物晶态与取向态的异同。 10. 解释下列实验：将一个砝码系于聚乙烯醇纤维的一端，把砝码和部分纤维浸入盛有沸水的烧杯中．如果砝码悬浮在水中，则体系是稳定的；如果砝码挨着烧杯底部，则纤维被溶解了． 11. 在两个牵抻比相同的PP 的纺丝过程中，A 用冷水冷却，B 用60℃的热水冷却。成丝后将这两种PP 丝放在90℃的环境中，发现两者的收缩率有很大不同。哪一种丝的收缩率高？说明理由。
2020-2021年中国人民大学凝聚态物理考研真题、考研参考书、复试线、招 生人数 育明教育506大印老师 联合名校导师及考研状元联合整理 2019年9月20日星期日 【温馨解析】 育明教育从2006年开始办学，校长是北京外国语大学夏教授，北京总部负责人是北京大学政管院博士，主打专业课一对一辅导。到现在已经有十年的时间，在我们育明教育，每年都有成功学员积累的一些经验可供各位考生参考。育明教育整合利用历届育明优秀学员的成功经验与高分资料，为每一位学员构建考研成功的基础保障。我们的辅导包括前期的报考指导，中期的核心参考书的讲解、专题（真题、出题老师论文专著、最新时事）讲解、模拟考（答题技巧框架、创新点的讲解）。后期还会有教务老师时事根据上课情况，对考生进行查缺补漏，进行答题技巧的辅导。在我们育明教育，前期咨询师、后期教务与辅导老师三方对您的上课负责，所以每年我们的通过率一直都是有保证的。 班型分专业课一对一和集训营两种。集训营是包括政治英语的小班课+专业课全程一对一。小班课全年分四个阶段:寒假，暑假，国庆，最后冲刺(您现在报名可以参加今年和明年两年的)，授课老师是人大的教授(也会请海文海天的教授结合讲课)。专业课一对一是按总课时来规划，保证够用。上课形式是面授和远程一对一相结合，上课时间和进度主要根据你的进度来安排，第一次上课后会给你做一个导学规划。数学我们请的是北理工的教授一对一讲(这个是其他机构请不来的)，专业课请的是你所报考学校专业的研究生助教和北大博士结合授课(这个也是近几年我们独家尝试的非常合理的方式)。 此外，院校选择也很重要，选择适合自己的院校是成功的关键，但是考生信息有限，很难选择适合自己的院校，在这里，大家可以直接联系我，我免费给大家做规划和咨询。 目录 一、2019-2020年考研真题、考研参考书笔记 二、2020-2021年院校考研复习技巧 三、2020-2021年考研专业课答题技巧 内容 一、2019-2020年考研真题、考研参考书笔记
第二章习题 一、概念 球晶单晶液晶高分子合金 二、选择答案 2、关于聚合物球晶描述错误的是（B ）。 A、球晶是聚合结晶的一种常见的结晶形态。 B、当从浓溶液析出或由熔体冷结晶时，在存在应力或流动的情况下形成球晶。 C、球晶外形呈圆球形，直径0.5～100微米数量级。 D、球晶在正交偏光显微镜下可呈现特有的黑十字消光图像和消光同心环现象。 3、液晶纺丝技术是利用（B ）液晶的流变特性进行的。 A、热致向列相， B、溶致向列相， C、热致胆甾相， D、溶致胆甾相 4、（A ）是有序性最低的液晶晶型。 A、向列型， B、近晶A型， C、近晶C型， D、胆甾型 5、关于聚合物片晶描述错误的是（D ）。 A、在极稀(浓度约0.01%)的聚合物溶液中，极缓慢冷却生成 B、具有规则外形的、在电镜下可观察到的片晶，并呈现出单晶特有的电子衍射图 C、聚合物单晶的横向尺寸几微米到几十微米，厚度10nm左右 D、高分子链规则地近邻折叠形成片晶，高分子链平行于晶面 6、下列四种研究方法中，最适合鉴别球晶的为（C ）。 A、DSC， B、X-射线衍射， C、偏光显微镜， D、电子显微镜 8、聚合物可以取向的结构单元（ D ）。 A、只有分子链 B、只有链段 C、只有分子链和链段 D、有分子链、链段、微晶 9、结晶度对聚合物性能的影响，错误的描述为（C ）。 A、随结晶度的提高，拉伸强度增加，而伸长率及冲击强度趋于降低； B、随结晶度的提高，相对密度、熔点、硬度等物理性能也有提高。 C、球晶尺寸大，材料的冲击强度要高一些。 D、结晶聚合物通常呈乳白色，不透明，如聚乙烯、尼龙。 10、下列四种实验方法中，除了（D ），其余方法能测定聚合物的结晶度。 A、密度法， B、广角X射线衍射法， C、DSC法， D、偏光显微镜法 11、下列模型中，（D ）是描述聚合物非晶态结构的局部有序模型。 A、40年代Bryant提出缨状胶束模型 B、50年代英籍犹太人Keller提出的折叠链结构模型 C、50年代Flory提出无规线团模型 D、70年代美籍华人Yeh提出两相球粒模型 12、（B）是聚合物最常见的结晶形态。 A、折叠链片晶， B、球晶， C、纤维状晶， D、伸直链晶体 17、下列说法，表述错误的是（ B ）。 A、HIPS树脂具有“海岛结构”。 B、SBS具有两相结构，PS相起化学交联作用。 C、HIPS基体是塑料，分散相是橡胶。 D、SBS具有两相结构，橡胶相为连续相。 三、填空题 2、按液晶的形成条件可分为热致液晶高分子和溶致液晶高分子。 3、研究聚合物的凝聚态结构的常用方法有X-射线衍射、差示扫描量热法
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。 PA-66、PET 、PBT ～PE 、PP 强调：聚合物的近程结构，即结构单元的化学组成和结构始终是决定聚合物及其制品几乎所有物理化学性能的最重要因素。 1.2.2 结构单元的结构异构 结构单元的结构异构是指单体由聚合反应转化成结构单元的过程中由于部分原子或原子团的空间位置发生变动，生成化学组成相同但结构完全不同的另一种结构单元的现象。即生成不同构型的结构单元的过程。 两个重要的概念：构型和构象 所谓构型，乃是分子内相邻原子或原子团之间所处的空间相对位置的表征。换言之，构型是分子内通过化学键连接 的原子或原子团之间空间几何排列的状态，构型的特点在空间上和时间上是确定而不变的。 由此区别于下一节将要讲述的另一个概念：“构象”—在空间上和时间上是不确定而可变的。阳离子聚合链增长反应中常常发生原子或原子团的重排过程，也称异构化过程。这是阳离子聚合反应的最大特点！ 以在二氯乙烷溶剂中，用三氯化铝，引发3-甲基丁烯的阳离子聚合反应为例： —————— 分子链结构凝聚态结构（一级结构） （二级结构）近程结构 远程结构 结构单元的化学组成结构单元的键合方式结构单元的构型分子链的几何形态 分子链的长短及分布晶态结构 非晶态结构 取向态结构液晶态结构织态结构 常规固态 特殊固态熔体、溶液聚 合 物 结 构 溶液结构熔体结构第三章第一章 第九章第二章C CH 3 CH 3 _CH 2 = CH CH +HCl +AlCl 3C 3CH 3 ~ [ CH 2 CH]n _~H CH 2C ~ []n CH 2CH 33 _ _~
第三章高分子的链结构和凝聚态结构 本书第三、四章属于高分子物理学范畴。高分子物理学的核心内容是研究高分子材料结构、分子运动及其与材料性能的关系，由于大分子的形状特殊（链状或网状）、分子量巨大且具有多分散性，故其结构及分子运动形式远比低分子材料复杂，材料性能也独具规律。 高分子材料的结构、分子运动的最大特点是具有多尺度性、多层次性。从结构看，高分子的结构可分为两个主层次：分子链结构和凝聚态结构。分子链结构又细分为两个层次，一是结构单元的化学组成及立体化学结构，二是整条分子链的结构与形状，分别称近程结构和远程结构。凝聚态结构又可分为均相体系的凝聚态结构（如结晶态、非晶态、高弹态、廿流态等）和多相体系的织态结构（共混态、共聚态等）。不同的结构层次具有不同的特征运动形式。因此高分子物理的主要发展线索是：研究大分子的多层次结构、多层次运动（化学键运动、链段运动、分子链运动）和多层次相互作用（分子内、分子间相互作用）的联系，以及各种结构因素对高分子作为材料使用的性能和功能的影响。这对于合理选择、使用高分子材料，正确制定高分子制品加工工艺和设计开发新型材料和产品，具有重要指导意义。 第三章侧重介绍高分子材料的结构特点，第四章介绍高分子材料最重要、最具特色的物理、力学性能，两章内容紧密相关。 第一节高分子链的近程结构 近程结构是指大分子中与结构单元相关的化学结构。近程结构包括构造与构型两块：构造指结构单元的化学组成、键接方式及各种结构异构体（支化、交联、互穿网络）等；构型是指对分子链中由化学键所确定的最近邻原子相对位置的空间描述。近程结构属于化学结构，不通过化学反应，近程结构不会发生变化。 一、结构单元的化学组成 高分子链的结构单元或链节的化学组成，由参与聚合的单体化学组成和聚合方式决定。按化学组成的不同，高分子可分为以下几大类型。 碳链高分子大分子主链全部由碳原子构成，碳原子间以共价键连接（参看表1-2）。常见的如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚异戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，它们大多由加聚反应制得，具有良好可塑性、容易成型加工等优点。但因C―C键能较低（347 kJ·mol-1），故耐热性差，容易燃烧，易老化，不宜在苛刻条件下使用。 杂链高分子分子主链除碳原子以外，还有氧、氮、硫等其它原子，原子间均以共价键相连接。如聚酯、聚醚、聚酰胺、聚脲、聚砜、聚硫橡胶、酚醛树脂等（参看表1-3）。杂链高分子多通过缩聚反应或开环聚合制得，其耐热性和强度均比碳链高分子高，但主链带有极性，较易水解、醇解或酸解。 元素有机高分子主链由Si、B、P、Al、Ti、As、O等元素组成，不含C原子，侧基为有机取代基团，这类大分子称元素有机高分子。它兼有无机物的热稳定性和有机物的弹塑性。典型代表是聚二甲基硅氧烷，也称硅橡胶，它既具橡胶的高弹性，硅氧键又赋予其优异的高低温使用性能（参看表1-3）。 无机高分子主链和侧基都不含碳原子的高分子称无机高分子。代表性例子是聚氯化磷腈（聚二氯氮化磷）。其结构单元式为： Cl Cl P N P N
2003年清华大学博士、硕士授予权专业点情况一览表（2003年9月修订） 院(系、所)名称二级学科 代码 二级学科名称所属分委员会名称 授学位 门类 一级学科名称 一级授 权时间 硕士点 审批时间 博士点 审批时间 备注050403 美术学艺术学文学艺术学00.12 081301 建筑历史与理论建筑学工学建筑学98.6 81.11 86.07 建筑学院081302 建筑设计及其理论* 建筑学工学建筑学98.6 81.11 85.12 081303 城市规划与设计* 建筑学工学建筑学98.6 81.11 81.11 081304 建筑技术科学建筑学工学建筑学98.6 81.11 93.10 081404 供热、供燃气、通风及空调工程*建筑学工学土木工程98.6 86.07 90.10 2000.9从热能系转到建筑学院080502 材料学材料科学工学材料科学与工程98.6 86.07 90.10 081303 城市规划与设计建筑学工学建筑学98.6 81.11 98.07 系扩展博士 081402 结构工程* 土木工程工学土木工程98.6 81.11 84.01 土木系081403 市政工程土木工程工学土木工程98.6 86.07 98.06 一级学科授权扩展博士点081405 防灾减灾工程及防护工程土木工程工学土木工程98.6 85.12 85.12 081406 桥梁与隧道工程工学土木工程98.6 98.06 98.06 一级学科扩展，暂未招生 081601 大地测量学与测量工程土木工程工学测绘科学与技术81.11 082303 交通运输规划与管理工学交通运输工程03.09 1201 管理科学与工程（一级）土木工程工学管理科学与工程97 86.07 98.06 系扩展博士，不分二级学科081401 岩土工程水利工程工学土木工程98.6 81.11 81.11 081501 水文学及水资源水利工程工学水利工程98.6 81.11 98.06 一级学科授权扩展博士点 水利系081502 水力学及河流动力学* 水利工程工学水利工程98.6 81.11 81.11 081503 水工结构工程* 水利工程工学水利工程98.6 81.11 81.11 081504 水利水电工程水利工程工学水利工程98.6 86.07 98.06 一级学科授权扩展博士点 081505 港口、海岸及近海工程水利工程工学水利工程98.6 96.05 98.06 一级学科授权扩展博士点 1201 管理科学与工程（一级）工学管理科学与工程97 86.07 98.06 系扩展博士，不分二级学科环境系081403 市政工程土木工程工学土木工程98.6 86.07 98.06 一级学科授权扩展博士点
2015年“凝聚态物理导论”课程考试题目 （2015级硕士研究生，2016年1月） 一、简答题（合计30分，要求给出简洁和准确的解答，字数不少于1000字） 1. 固体物理学的范式？ 答：（1）晶体学研究，涉及晶体的周期性结构（2）固体比热理论，涉及晶格振动的研究（3）金属导电的自由电子理论（4）铁磁性研究相关内容[1]。 2. 凝聚态物理学的新范式？ 答：凝聚态物理学是从微观角度出发，研究相互作用多粒子系统组成的凝聚态物质的结构和动力学过程以及其与宏观物理性质之间关系的一门科学。经过长时间的发展，如进行成了以“对称破缺”为核心概念所建立的凝聚态物理学新范式，包括了（1）基态（2）元激发（3）缺陷（4）临界区域等四个不同的层次，而且这些层次之间又彼此相互关联[2]。 3. Hartree-Fock 近似？ 答：总的来看，Hartree-Fock 近似是一种对“原子核和周围与其保持电中性的一组电子”这一系统哈密顿量的一种简化处理，以实现单电子近似。它主要涉及到对“电子之间的相互作用势”这一项的简化与修正。这种简化并非是一蹴而就的，首先是Hartree 的自洽场近似，假设每个电子运动于其他所有电子构成的电荷分布（通过2 Ψ）所决定的场里，引入电子之间的相互作用势： ()()j i j j i j i i i dr r r r Ψe r V ∑≠-=22041 πε（1） 来代替原先Hamilton 量中的电子之间的相互作用势。之所以称为“自洽”是因为最终的方程组可以通过自洽的方式求解。 另外一方面，如果考虑电子的自旋，总波函数相对于互换一对电子应是反对称的，最终求解出的电子系统的总能量还要增加一项：每对平行自旋电子的交换能。 ()()()()r drd r r r r r r e E j i j j i i ''' -?'=∑??≠∞ψψψψπε1802（2） 结合以上两种处理就是Hartree-Fock 近似。 4. 密度泛函理论？ 答：密度泛函理论的含义从其英文“Density functional theory ”更能直观的反映出来，它应用“电子密度泛函数”来处理多体问题。而泛函数通常指一种定义域为函数，而值域为实数的函数，换句话说，是一种函数组成的向量空间到实数的一个映射[3]。泛函数常用来寻找某个能量泛函的最小系统状态，这为密度泛函理论的应用提供了一个基础。下面对密度泛函理论的理论基础做一些初步的解释：一般在固体周期性结构中，当我们把原子或者离
培养方案——凝聚态物理（专业代码：070205） 一、培养目标 本学科培养德、智、体全面发展的、具有坚实和系统的凝聚态物理理论基础与专门知识，掌握现代物理分析技术，了解凝聚态物理发展的前沿和动态，能够适应 国家经济、科技、教育发展需要，独立从事本学科前沿领域的科学研究和教学，并能作出创造性成果的高层次人才。 二、研究方向 1．强关联体系和低温物理、2．纳米材料与物理、3．凝聚态理论、4．功能薄膜与器件物理、5．光学材料与光谱学 三、学制及学分 按照研究生院有关规定。 四、课程设置 英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。 学科基础课和专业课如下所列。 基础课： PH05101 高等量子力学★1（4） PH05102 近代物理进展（4） PH05104 高等电动力学（Ⅱ）★2（4）PH55201 高等固体物理★3（5） PH55202 固体理论★4（4） PH55203 固体物理实验方法(Ⅰ)（4） PH55204 群论及其应用(Ⅰ)（2） PH55205 量子统计理论(上)（3） PH55206 量子统计理论(下)（3） PH55207 凝聚态物理前沿学术讲座及讨论 (seminar)（2） PH55208 固体物理实验方法(Ⅱ)（4） 专业课： PH54202 固体表面分析原理（3） PH14202 量子场论(Ⅰ)（4） PH55210 重整化群理论（3） PH55211 超导物理（4） PH55212 低温固态物理（3） PH55213 高等半导体物理（4）
PH55214 超导电子学（3） PH55215 固体中的光跃迁（3） PH55216 多体量子理论（4） PH55217 分形原理及其应用（3） PH55218 薄膜生长（2.5） PH55219 透射电子显微学（2.5） PH55220 X射线衍射（3） PH55221 物质成分的光谱分析（2.5） PH55223 极低温物理（3） PH55222 物质结构的波谱能谱分析 （3） PH55224 X射线基础（3） PH55225 半导体光学（4） PH55226 晶体学（4） PH55227 固体光学与光谱学（3） PH05103 高等电动力学（4） PH56201 高等凝聚态物理（4） PH56202 低温物理实验原理和方法（3） PH56203 光电子学（4） PH56204 计算凝聚态物理（2） PH56205 固体功能材料概论（3） PH56206 材料物理实验方法（4） PH56207 固体的表面与界面（3） PH16207 非线性动力学专题（4） PH16208 复杂系统理论专题（4） 备注：★1和★2二门课程研究生可根据导师要求选择其中一门，★3和★4二门课程研究生可根据导师要求选择其中一门即可。 五、科研能力要求 按照研究生院有关规定。 六、学位论文要求 按照研究生院有关规定。
凝聚态物理专业硕士研究生培养方案 一、培养目标 为了培养德、智、体全面发展的,能够适应社会、经济和科技发展需要的高层次专门人才，对硕士研究生的培养提出如下要求： 1、掌握马克思主义基本理论，热爱祖国、遵纪守法，具有良好的道德品质和较强的事业心，积极为社会主义现代化建设服务。 2、树立实事求是和勇于创新的科学精神，掌握坚实的基础理论和系统的专门知识，具有从事科研工作或独立担负专门技术工作的能力。 3、掌握一门外语，并能熟练地运用于本专业的科研工作。 4、具有健康的体魄。 二、研究方向 具体研究方向参见附表一。 三、学习年限 1、在校学习年限为3年，其中第一年进行课程学习，第二和第三年开展论文工作。 2、课程学习实行学分制，完成规定的学分要求方可申请论文答辩。 3、在职人员的学习年限可适当延长，但延长时间一般不超过一年。 四、课程设置与学分 1、具体课程设置参见附表二。 2、完成课程学习后，获得的总学分应不低于32学分，其中必修课学分至少为20学分。 五、学位论文工作： 1、文献阅读：研究生应在导师指导下阅读一定数量的文献并写出总结报告，总结报告的形式由导师规定并在第一学年内完成。 2、选题和开题报告：为确保学位论文质量，研究生应在导师指导下，通过阅读文献和进行学术调研，尽早确定论文选题范围，并在第三学期初举行开题报告会。开题报告应包括研究题目、现状分析、研究内容和特色、研究方案、可行性分析、预期成果等项内容。开题报告由本专业研究生导师组成的专家小组审核，未通过者必须重新进行。 3：中期考核：为了保证研究生学位论文质量，由本专业研究生导师组成的专家小组按照《硕士研究生论文工作中期检查考核表》要求的内容在第四学期初进行中期考核。考核未通过者有一次重新进行中期考核的机会，一般应在一至两个月之内完成。 六、培养方式 论文工作是全面训练研究生树立严谨学风，掌握科学研究基本方法的重要环节。研究生的学位论文工作应包括以下几个主要环节：文献阅读、学术调研、开题报告、中期考核、论文撰写、论文答辩等。导师要全面掌握研究生的论文工作进度，研究生用于科学研究和撰写论文的累计时间不应少于一年半。在培养过程中，既要充分发挥导师的主导作用，又要充分挖掘研究生的学习潜能，调动其积极性。研究生论文的具体要求按照学校学位管理条例规定执行。 七、其它学习项目 在进行论文工作期间，研究生还应通过与导师协商，积极参与一定数量的其它学习项目，如教学实践、科研实践、社会实践、学术会议和学术讲座等。
物理学专业考研方向及高校排名;'[ 一、专业简介 物理学专业：培养系统掌握物理学专业知识和基本理论，具有良好科学素养和创新 能力，受到严格科学实验训练和科学研究初步训练，能够熟练应用计算机和网络技术解决 实际问题的物理学基础人才和专门人才。 一般有以下几个方向：理论物理学专业方向：培养运用物理学的基本理论、方法和计算机及网络技术，研究物质的基本运动规律、物质结构理论和时空理论，具有扎实的物理学理论基础和计算机应用能力，在交叉学科及跨学科领域具有较强开拓能力的专门人 才。 磁学与新型磁性材料专业方向：培养与国民经济建设密切相关的磁性薄膜物理、磁记录物理、新型磁记录材料、磁光存储材料、非晶磁性及铁磁体的超精细相互作用等方面具 有坚实理论基础、实验工作能力和利用计算机进行多道分析、模拟设计的磁学和磁性材料方 面的专门人才。 电子材料与器件工程专业方向：培养能够适应信息材料与器件领域国民经济建设和 高新技术发展需要的、具有坚实理论基础和实际工作能力的、在企事业单位从事信息材料（微电子材料、光电子材料、光子材料等）的制备和物性研究及新型电子器件、光电子器件的设计、制造和应用开发的科研、教学、科技管理专门人才。 新金属材料物理专业方向：培养从事金属及合金的物理、力学、化学性能及其理论研究，新型结构及功能材料探索和研制，金属材料的热处理及表面改性研究与开发等方面的 专门人才。 计算物理专业方向：培养具有计算机技术、程序设计、网络管理和软件研制能力， 能够利用计算机进行新材料、新器件的模拟设计、数值分析、大规模科学计算，掌握物理学基本理论和实验技能的高新技术发展需要的专门人才。 二、考研建议 你不喜欢纯物理学的研究那就不要选择理论物理学方向。可以选择一些偏工科的方 向报考。 选择光学工程方向。其小方向有激光技术、光学精密测量、光电传感等。较好的学校有浙江大学、清华大学、天津大学等。 如果你不嫌地域偏远的话，可以选择兰州大学（甘肃兰州），兰大的物理学全国算 是很强的尤其是其核物理学。现在核能方面需要大量技术人员，也许是个不错的选择。 热动力工程或者能源工程方向，这方面现在是热门。西安交通大学，华中科技大学等。 量子通信方向，中国科学技术大学（安徽合肥）是全国领先的。这方面的技术可是 国际热点，需要大量人才。 还有现在国家航天科技迅速发展，你也可以选择与航天有关的专业，比如北京航空航天大学。 物理学和计算机及网络联系还是比较紧密的，如果你对于计算机及网络技术感兴趣 的话，可以跨专业考计算机方向。计算机专业现在实行全国联考。初试一般考四门专业课： 数据结构、计算机组成原理、操作系统原理和计算机网络。研究生一般有两个大的研究方向： 计算机软件与理论、计算机应用技术。每个大方向里面又有很多小研究方向。软件与理论主要是搞计算机系统结构、软件工程等，如果你喜欢搞理论和系统结构的话可以选择。计算机应用技术主要有计算机网络、单片机、嵌入式系统等。现在可以说是信息时代，计算机网络技术的应用前景相当广泛的。 计算机专业全国领先的学校是清华大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学、南京大
070201 理论物理 理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。理论物理及粒子物理与原子核物理、统计物理、凝聚态物理、宇宙学等，几乎包括物理学所有分支的基本理论问题。 排名学校名称等级 1 北京大学 A+ 2 中国科学技术大学 A+ 3 北京师范大学A+ 4 复旦大学A+ 5 大连理工大学A+ 北京大学：http:https://www.doczj.com/doc/e96567379.html,/NewsSpecialDetailsInfo.aspx?SID=14 中国科学技术大学：http:https://www.doczj.com/doc/e96567379.html,/NewsSpecialDetailsInfo.aspx?SID=6374 北京师范大学：http:https://www.doczj.com/doc/e96567379.html,/NewsSpecialDetailsInfo.aspx?SID=1017 复旦大学：http:https://www.doczj.com/doc/e96567379.html,/NewsSpecialDetailsInfo.aspx?SID=6498 大连理工大学：http:https://www.doczj.com/doc/e96567379.html,/NewsSpecialDetailsInfo.aspx?SID=4393 有该专业的部分院校分数一览（A+、A、B+、B各选部分代表院校）。 2008年录取分数线：
北京大学--物理学院-- 理论物理 中国人民大学--物理学系-- 理论物理 中国科学院--等离子体物理研究所-- 理论物理 中国科学院--合肥物质科学研究院-- 理论物理 北京航空航天大学--理学院-- 理论物理 北京交通大学--理学院-- 理论物理 北京科技大学--应用科学学院-- 理论物理 北京邮电大学--理学院-- 理论物理 北京师范大学--物理系-- 理论物理 北京师范大学--材料科学与工程系/低能核物理研究所-- 理论物理南开大学--数学研究所-- 理论物理 南开大学--物理科学学院-- 理论物理 天津大学--理学院-- 理论物理 华北电力大学--数理系-- 理论物理 中国工程物理研究院--各专业列表-- 理论物理 天津师范大学--物理与电子信息学院-- 理论物理 河北工业大学--理学院-- 理论物理 河北大学--物理学院-- 理论物理 河北师范大学--物理科学与信息工程学院-- 理论物理 华北电力大学（保定）--数理系-- 理论物理 山西大学--数学科学学院-- 理论物理 山西师范大学--物理与信息工程学院-- 理论物理 内蒙古师范大学--物理与电子信息学院-- 理论物理 大连理工大学--物理与光电工程学院-- 理论物理 东北大学--理学院-- 理论物理 辽宁大学--物理系-- 理论物理 辽宁师范大学--物理与电子技术学院-- 理论物理 吉林大学--物理学院-- 理论物理 东北师范大学--物理学院-- 理论物理 延边大学--理学院-- 理论物理 长春理工大学--理学院-- 理论物理 中国科学技术大学--理学院-- 理论物理 复旦大学--物理学系-- 理论物理 武汉大学--物理科学与技术学院-- 理论物理
《计算物理》 (丁泽军)
概论
概论
0.1 0.1.1 计算物理学概貌 计算物理学的意义
计算物理学是随着计 理论物理学 实验物理学 算机技术的飞跃进步而不 断发展的一门学科，在借 助各种数值计算方法的基 础上，结合了实验物理和 理论物理学的成果，开拓 计算物理学 了人类认识自然界的新方 法。传统的观念认为，理 图 0.1.1-1 现代物理学三大类别之间的关系。 论是理论物理学家的事， 而实验是实验物理学家的事，两者之间不见得有必然的联系，但现代的计算机实 验已经在理论和实验之间建立了很好的桥梁。 一个理论是否正确可以通过计算机 模拟并于实验结果进行定量的比较加以验证， 而实验中的物理过程也可通过模拟 加以理解。当今，计算物理学在自然科学研究中的巨大威力的发挥使得人们不再 单纯地认为它仅是理论物理学家的一个辅助工具，更广泛意义上，实验物理学、 理论物理学和计算物理学已经步入一个三强鼎立的“三国时代” ，它们以不同的 研究方式来逼近自然规律（图 0.1.1-1） 。 计算机数值模拟可以作为探索自然规律的一个很好的工具，其理由是，纯理 论不能完全描述自然可能产生的复杂现象， 很多现象不是那么容易地通过理论方 程加以预见。说明这个观点的一个最好的例子是，20 世纪 50 年代初，统计物理 学中的一个热点问题是， 一个仅有强短程排斥力而无任何相互吸引力的球形粒子 体系能否形成晶体。计算机模拟确认了这种体系有一阶凝固相变，但在当时人们 难于置信，在 1957 年一次由 15 名杰出科学家参加的讨论会上，对于形成晶体的 可能性，有一半人投票表示不相信。其后的研究工作表明，强排斥力的确决定了 简单液体的结构性质，而吸引力只具有次要的作用。另外一个著名的例子是粒子 穿过固体时的通道效应就是通过计算机模拟而偶然发现的，当时，在进行模拟入 射到晶体中的离子时，一次突然计算似乎陷入了循环无终止地持续了下去，消耗 了研究人员的大量计算费用。之后，在仔细研究了过程后，发现此时离子运动方 向恰与晶面几乎一致，离子可以在晶面形成的壁之间反复进行小角碰撞，只消耗 很少的能量。 因此，计算模拟不仅仅是一个数学工具。作为工具，我们至少知道结果应该 如何，哪怕不了解具体过程。但是，在做计算模拟研究工作时，研究者经常偏离 他们原来的目标，这是因为计算产生了新的发现，该发现不是研究者预先所能料 到的。有时人们会说， “对啊，当然应该如此，我怎么没有事先想到呢？”事实
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第三节高分子材料凝聚态结构 凝聚态，指由大量原子或分子以某种方式（结合力）聚集在一起，能够在自然界相对稳定存在的物质形态。普通物质在标准条件下存在固（晶）、液、气三态。从空间拓扑结构来看，固态材料的原子或分子的空间排列呈三维远程有序状；液态则只有近程有序，而无远程有序；气态既无近程有序，也无远程有序。与普通材料相比，高分子材料只有固、液两态而无气态（未曾加热到汽化已先行分解），但由于大分子链状分子结构的特殊性，其存在状态远比小分子材料更加丰富多彩，并更具特色。 高分子凝聚态结构也称超分子结构，其研究尺度大于分子链的尺度。主要研究分子链因单键内旋转和（或）环境条件（温度、受力情况）而引起分子链构象（Conformation）的变化和聚集状态的改变。在不同外部条件下，大分子链可能呈无规线团构象，也可能排列整齐，呈现伸展链、折叠链及螺旋链等构象。由此形成非晶态（包括玻璃态、高弹态），结晶态（包括不同晶型及液晶态）和粘流态等聚集状态。这些状态下，因分子运动形式、分子间作用力形式及相态间相互转变规律均与小分子物质不同，结构、形态有其独自的特点。这些特点也是决定高分子材料性能的重要因素。 按现代凝聚态物理的观点，高分子材料属于软物质（soft matter）或复杂流体（complex fluids），所谓软物质是指相对于弱的外界影响，比如施加给物质瞬间的或微弱的刺激，能作出显著响应和变化的那类凝聚态物质。从结构看，软物质在其柔软的外观下存在着复杂的相对有序的结构，其结构常介于固体与液体之间。一方面从宏观尺度看，它不象小分子晶体那样有严格的周期性结构，有时可能是完全无序的；另一方面在介观（mesoscopic）尺度下，它又存在一些规则的受约束结构，如结晶和取向，其晶态和非晶态常常是共存的。高分子材料另一个软物质特征是常常因结构的细微变化而引起体系宏观性质的巨大变异，如天然橡胶树汁是一种液态胶乳，在树汁分子中，只要平均每200个碳原子中有一个与硫发生反应（硫化），流动的胶汁就变成固态的具有高强度的橡胶材料，表现出奇异的高弹性质，这在低分子材料是不可思议的。 本节主要研究高分子材料的非晶态、结晶态、取向态和织态结构，讨论影响结构变化的因素及结构与材料性能、功能间的关系。 一、大分子间作用力 大分子中诸原子依靠化学键（主要是共价键）结合形成长链结构，这种化学键力为分子内作用力，也称主价键力。主价键完全饱和的原子，仍有吸引其他分子中饱和原子的能力，这种作用力称分子间作用力，称次价键力。分子间作用力有多种形式，它们具有不同的强度、方向性及对距离和角度的依赖性，是形成高分子多姿多彩凝聚状态的内在原因。 一般认为，分子间作用力比化学键力（离子键、共价键、金属键）弱得多，其作用能在几到几十kJ?mol-1范围内，比化学键能（通常在200-600kJ?mol-1范围内）小一、二个数量级。作用范围大于化学键（在几百pm范围内），称为长程力。不需要电子云重叠，一般无饱和性和方向性。 分子间作用力本质上是静电作用，包括两部分，一是吸引力，如永久偶极矩之间的作用力（取向力）、偶极矩与诱导偶极矩的作用力（诱导力）、非极性分子之间的作用力（弥散力）；另一是排斥力，它在分子间距离很小时表现出来。实际分子间作用力应是吸引作用和排斥作用之和。通称Van de Waals力， 除静电作用力外，分子间作用力还包括一些较弱的化学键作用，这种作用有饱和性和方向性，但作用能比化学键能小得多，键长较长。这类作用主要有氢键、分子间配键作用（如π—π相互作用、给体—受体相互作用等）及憎水相互作用等。 氢键是高分子材料中一种最常见也最重要的分子间相互作用。氢键的本质是氢分子参与