绪论高分子物理课件.ppt

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1、高分子物理Polymer Physics,第一节 前言,一、高分子的起源和发展,1）Goodyear和天然橡胶的硫化（1839）,固特异轮胎，至今世界驰名,学徒出身的Goodyear,启示：身份不是最重要的，重要的是逆境中不断探索的精神,1800年生，16岁在五金店学徒，1830年破产，1834年参观，1839年发明，1898年，弗兰克.克伯林,2）赛璐珞的发明和舍拜恩及Hyatt1846年舍拜恩发明硝酸纤维素(nitrocellous)“裙子着火”引起的发明。,启示：要做一个有心人,20多年后的1869年Hyatt将其成果转化为工业化生产赛璐珞的发明,实验室成果的转化还需要大量辛苦的工作,H

2、yatt,台球生产代替象牙,约翰海厄特，研究象牙代用品台球，硝化纤维素膜脆性大，把樟脑加进火棉胶溶液里赛璐璐,赛璐珞制品,3)、酚醛树脂的发明和Baekeland,1904年，查阅Bayer（1905年Nobel奖）的文献时大胆怀疑Bayer的实验现象，1907年制备出了酚醛树脂。,Baekland,1872，拜耳发现，1907年，贝克兰，查阅资料合成了酚醛树脂,Bayer，诺贝尔化学奖获得者,你是权威，我也不怕！,？,第一个工业化的高分子材料,第一种人工合成的高分子材料Bakelite，它就是人们熟知的酚醛树脂，俗称“电木”“胶木”。,4）高分子学说的建立Staudinger,1920年，S

3、taudinger发表了“论聚合”，标志着高分子学说的建立。但直到1930年，才真正被接受。30年代末才被大众接受。此后开始了合成高分子材料时代，高分子化学得到迅速发展。1953年获得诺贝尔奖。,Staudinger,敢于创新才会做出成绩,粘度与分子量的关系，又是缩聚反应的发现者，发表论文600多篇,1、缩聚反应和Carothers：1930-1940年间，尼龙的发明和缩聚反应理论的创立。,风靡一时的尼龙袜,Carothers,二、高分子发展上的几个重要事件,1928，杜邦成立了基础化学研究所，32岁的卡罗瑟斯任所长，1930发现聚酯，但熔点低，不稳定，1935年合成了PA66,Flory,数

4、学和物理的知识是多么重要啊,2、高分子溶液理论和分子量的测定1937：缩聚与加聚机理；1942：高分子溶液似晶格理论；1945：高分子溶液的排除体积理论；1974年诺贝尔奖,3、Ziegler和Natta配位聚合反应,20世纪五十年代中期，低压PE、等规PP聚合反应成功（1963年获诺贝尔化学奖）,Ziegler,Natta,基础研究与工业化的完美结合,HDPE：19531955；iPP：1954 1957,4、Merrifield和功能高分子的发展,70年代，固相有机合成创立，研究多肽合成；1984年诺贝尔化学奖。,交叉学科中的典范,梅里菲尔德，生物学家,5、液晶高分子Pierre-Gill

5、es de Gennes,The Nobel Prize in Physics 1991,60年代到70年代，把研究简单系统中有序现象的方法应用到更为复杂的物质态，特别是推广到液晶和聚合物上，为物理学研究开拓了新领域。于1991年获奖。,交叉学科中的又一典范,P.G.德詹尼斯,6、导电高分子,70年代开始研究导电高分子，三个代表人物。2000年诺贝尔化学奖,对传统的挑战和精诚合作,Heeger黑格,Macdiarmid马克迪尔米德,Shirakawa白川英树,高分子科学高分子科学至少有三个分支：高分子化学高分子物理高分子工程,二、高分子物理研究对象和内容,高分子化学的主要内容：,Rp,合成工艺

6、条件,产品,机理,高分子学科：,高分子物理研究对象,讨论高分子的结构和性能，并通过研究分子运动来揭示结构与性能之间内在联系以及它们的基本规律，从而对高分子的合成材料的成型加工、测试、改性提供理论依据。,高分子物理核心：结构决定性能,WHAT?,研究方法,决定结构与性能关系的内在因素在于高分子的运动及相互作用，探索各种环境下高分子各运动单元的运动规律，以分子运动的观点讨论各领域内的实际问题乃是高分子物理学的精髓。,学习高分子物理的两条主线：结构决定性能 高分子运动的特点,HOW?,粘弹性 力学性能 高弹性 流变,高分子物理主要内容：,经典教材：,1、高分子物理 何曼君等编，复旦大学出版社2、高聚

7、物的结构与性能马德柱，何平笙等编，科学出版社3、现代高分子物理学殷敬华，莫志深主编，科学出版社4、高分子物理基本概念与问题 朱永群 编，科学出版社5、高分子物理学习与指导董炎明，胡晓兰编，科学出版社,第二节 国内高分子学科现状,（1）高分子物理化学国家重点学科：北京大学 复旦大学 吉林大学 南京大学 南开大学 浙江大学 中山大学,材料学一级博士点浙大 四川大学 华南理工 哈工大,北京大学高分子学科简介中科院院士1人，教授5人，副教授6人。学术带头人及其专业方向：周其凤（院士）液晶高分子；陈尔强 高分子凝聚态物理；曹维孝 感光性高分子；邹德春 有机发光功能材料的结构与物性宛新华 具有控制结构与形

8、状的高分子的合成及功能化,吉林大学高分子学科简介中科院院士1人，教授28人，副教授7人，讲师9人。（长江特聘教授2人）学术带头人及其专业方向：沈家骢（院士）大分子的纳米结构与组装；杨柏纳、微尺度有序结构的组装与功能化；马於光 有机/高分子共轭半导体材料的设计与合成研究；王策多相纳米复合材料和一维有机纳米功能材料；田文晶有机高分子光电功能材料的设计合成及性能研究；,复旦大学高分子学科简介中科院院士2人，教授18人，副教授14人。（长江特聘教授2人）学术带头人及其专业方向：杨玉良（院士）高分子凝聚态物理及聚合反应新方法；江明（院士）高分子间的相互作用和分子组装；邵正中 从高分子科学的角度对蚕丝和蜘

9、蛛丝及相应丝蛋白的结构和性能进行研究；史安昌 运用统计物理方法研究高分子凝聚态；,南京大学高分子学科简介中科院院士1人，教授7人，副教授12人，讲师5人。学术带头人及其专业方向：程镕时（院士）高分子物理（程镕时公式）；薛奇功能导电聚合物和高分子的构象及相行为；陈庆民多相高分子材料结构与性能；陆云导电复合材料；,南开大学高分子学科简介中科院院士1人，教授9人，副教授34人。学术带头人及其专业方向：何炳林（资深院士）离子交换树脂和大孔新型吸附树脂；陈永胜有机高分子功能材料及器件张会旗可控活性聚合；张拥军生物医用高分子材料；宓怀风复合材料；,浙江大学高分子学科简介中科院院士1人，教授23人，副教授2

10、3人。学术带头人及其专业方向：沈之荃（院士）过渡金属和稀土络合催化聚合；郑强 复合材料；范志强茂金属催化剂与烯烃聚合；王利群生物医用高分子材料；,中山大学高分子学科简介教授12人，副教授12人。学术带头人及其专业方向：章明秋 功能聚合物复合材料；伍 青 高分子优质材料与功能高分子；卢 江 可控聚合（阳离子、自由基活性聚合）；符若文功能纤维及炭气凝胶；许家瑞高聚物改性及聚合物复合材料；,四川大学高分子学科简介中科院院士1人，长江学者特聘教授2人，国家杰出青年基金获得者2人。学术带头人及其专业方向：傅强高分子共混改性、纳米复合增强增韧、聚合物成型加工；李忠明 从事聚合物加工、形态、结构与性能 研究

11、；李光宪 高分子材料加工基础、多组分高分子相行为与形态控制、高分子材料老化行为和寿命预测；,华南理工大学高分子简介中科院院士2人、教育部“长江学者”1人。程镕时长期致力于高分子基本物理问题的研究，对高分子溶液粘度理论的发展、高分子基本物理图像的认识等做出了贡献。曹镛有机固体,导电聚合物的结构与性能关系及发光材料与器件研究。童真从事高分子基础科学与功能高分子材料的研究开发。罗远芳从事分子结构与性能、高分子改性与复合材料方面研究。,东华大学材料学院简介院士一名，长江学者5名，杰青3名，学术带头人及其专业方向：郁铭芳 化学纤维、高性能纤维材料、非织造技术；卿凤翎 有机氟化学,纺织化学；孙刚 高分子结

12、晶,高分子纳米材料；刘向阳 生物物理、仿生材料结晶动力学、纳米科技、晶体生长；徐坚 仿生高分子的构筑、智能响应及其特异性质；,北京化工大学高分子学科简介双聘院士3位，长江学者特聘教授2位，国家杰出青年基金1位。金日光从事高分子物理、高分子材料改性、高分子材料流变相态学、第四统计力学、生命动力学元素分布及性质的研究；励杭泉 乳液聚合，复合材料；武德珍 高分子材料改性；,武汉理工大学高分子学科简介“长江学者”特聘岗位教授3人、国家杰出青年基金获得者4人、教育部跨（新）世纪人才15人。孙涛垒 功能纳米界面材料，智能界面材料，生物界面材料；傅正义 结构/功能一体化陶瓷与复合材料；张清杰先进复合材料技术

13、及应用；苏宝连 等级孔复合材料，生命复合材料；,湘潭大学高分子学科简介学术带头人及其专业方向：张海良高分子液晶与超分子有序态构筑；谭松庭光电功能高分子材料；蔡远利Raft可控活性自由基聚合；黎华明高分子修饰碳纳米管；戴文利高分子成型与流变学；,附：重要高分子科学期刊Progress in Polymer ScienceMacromoleculesMacromol.Rapid Commun.Jornal of Polymer SciencePolymerJournal of Polymer ScienceMacromol.Chem.Phys.Polymer InternationalJourna

14、l of Applied Polymer ScienceMacromol.Symp.Polymer BulletinPolymer Journal高分子通讯高分子学报,第三节 高分子的定义,1、定义：分子量超过一万的分子叫高分子。,分子量很大的分子，包括分子结构没有固定重复规律的那种分子，如酶、胰岛素等。,高聚物Polymer,通常指组成单位互相多次重复连接而成的那种物质。,IUPAC于1994对高分子的定义有两个：,大分子Macromolecule,2、高分子与有机小分子的差别：,有机小分子化合物：高分子化合物：,1、分子量小；1、分子量大；2、分子量固定；2、分子量是平均值；3、纯净物；3

15、、同系物的混合物；4、具有气、固、液三态；4、仅具有固、液两态；5、有固定熔点、沸点；5、熔融温度为一个范围；6、性质单一；6、性质与分子量、分子量 分布、聚集态结构有关；,第四节 高分子物理的研究内容（Contain of polymer physics）,高分子结构,构象,聚集态结构,近程结构（一级结构）,远程结构（二级结构）,构造（化学结构）,构型,分子大小（分子量）,链结构,柔顺性,晶态结构,非晶态结构,取向态结构,液晶态结构,织态结构,三级结构,更高级结构,一、聚合物的结构（Structure of polymer）,二、聚合物的性质（Properties of Polymer）,1

16、、聚合物溶液的性能：Properties of polymer solution2、力学性能：mechanical properties,Strength(强度),Modulus(模量)Toughness(韧性)Elongation(伸长率)Hadness(硬度),3、The electricity properties of polymerInsulation properties（绝缘性）Electric conductivity（导电性）Dielectric property(介电性)4、Other properites of polymerOptical(光学)、acoustics(声学)、thermal(热学)、,三、聚合物的运动（Movement of polymer）,1、玻璃化转变；（glass transition）2、聚合物的力学松弛、粘弹性；（relaxation）3、聚合物熔体的粘性流动；（flow of melt）4、聚合物分子的扩散；（diffusion）,统计学（statistics）,聚合物结构,聚合物性能,聚合物的运动,四、三者之间的联系（Relationship）,